CN101715133B - 用于图像数据的无损压缩编码装置和解码装置 - Google Patents

Abstract

在无损压缩编码装置中，计算部件计算表示图像的第一、第二和第三颜色成分的不同类型的像素数据之差，并将所计算的差作为多个类型的差数据来输出。无损压缩编码部件对包括表示第一到第三颜色成分的不同类型的像素数据和多个类型的差数据的颜色成分数据中的每一个执行无损压缩编码，并输出与各个类型的彩色成分数据相对应的多个类型的压缩数据。比较和选择部件比较根据无损压缩编码获得的多个类型压缩数据的数据量，并选择与三种类型颜色成分数据相对应的压缩数据的组合，这三种类型颜色成分数据能够合成表示第一、第二和第三彩色成分的各个像素数据，使得所选择的组合的数据总量小于压缩数据的其他组合的数据总量。

Description

用于图像数据的无损压缩编码装置和解码装置

技术领域

本发明涉及一种用于图像数据的无损压缩编码装置以及解码装置。

背景技术

图像数据压缩技术可以主要分成有损压缩技术和无损压缩技术。有损压缩技术主要使用正交变换并且具有以下优点：尽管不可能根据压缩数据完全重建原始图像数据，但是它们获得高压缩比。

无损压缩技术的一个示例是联合图像专家组(JPEG)的无损JPEG(JPEG-LS)，它使用差分编码和可变长度编码来执行压缩。这类无损压缩技术具有以下优点：虽然没有获得高压缩比，但是可以从压缩数据完全重建原始图像数据。因此，该无损压缩技术用于诸如存储或交换医学图像的目的。在日本专利申请公开No.Heisei 9-37271中描述了一种无损压缩技术。

已经提供了各种图像处理装置，它们读取和解码来自存储器的子画面(sprite)图像的压缩数据并且它们在监视器上显示已解码的子画面图像。当需要完全重建与压缩前相同的子画面图像时，这些图像处理装置需要使用无损压缩技术来生成存储在存储器中的子画面图像的压缩数据，并且然后对从存储器中读取的压缩数据进行解码。然而，如果使用无损压缩技术来生成压缩数据，则子画面图像的压缩数据量很大。因此，需要花费时间来读取对来自存储器的子画面图像进行解码所需要的压缩数据，并且不可能在设定的时段内将压缩数据传送到在图像处理装置中的解码器，并且因此不可能在屏幕上显示足够数量的子画面图像。

发明内容

鉴于以上的情况做出了本发明并且本发明的目的是提供一种无损压缩技术，该无损压缩技术实现了比通过常规无损压缩技术获得的压缩比更高的压缩比。

本发明提供了一种用于压缩图像的像素的无损压缩编码装置，每一个像素由与图像的第一、第二以及第三颜色成分相对应的不同类型的像素数据组成。本发明的无损压缩编码装置包括：

计算部件，所述计算部件计算表示图像的第一、第二和第三颜色成分的不同类型的像素数据之差，并且将所计算的差作为多个类型的差数据来输出；无损压缩编码部件，所述无损压缩编码部件对包括表示第一到第三颜色成分的不同类型的像素数据和多个类型的差数据的颜色成分数据中的每一个执行无损压缩编码，并且输出与各个类型的颜色成分数据相对应的多个类型的压缩数据；以及比较和选择部件，所述比较和选择部件比较从无损压缩编码获得的多个类型的压缩数据的数据量，并且选择与三种类型颜色成分数据相对应的三种类型压缩数据的组合作为输出对象，所述三种类型颜色成分数据能够合成表示第一、第二和第三颜色成分的各个像素数据，使得所选择的组合的数据总量小于所述压缩数据的其他组合的数据总量。

通常，彩色图像的颜色成分不彼此独立而是非常相关。在本发明中，不同类型的颜色成分之间的像素数据的差被压缩，并且因此可以移除要压缩的数据的冗余(即，每个颜色成分的像素数据的共同部分)并且缩小要压缩的数据的动态范围，从而增加压缩比。

附图说明

图1是图示根据本发明实施例的编码装置和解码装置的配置的框图。

图2是图示解码和复制由编码装置输出的子画面图像的压缩数据的图像处理LSI的配置的框图。

图3图示了由编码装置执行的压缩处理的细节。

图4图示了由在编码装置中的DPCM单元执行的差分编码处理的细节。

图5图示了由在编码装置中预测误差变换器执行的处理的细节。

图6图示了在预测误差的位数目是6的示例中由预测误差变换器执行的处理的细节。

图7图示了用于在编码装置中的霍夫曼编码器的可变长度编码的换算表。

图8图示了由解码装置的RGB相加单元执行的处理的细节。

图9图示了作为在实施例中模式1、模式2和模式3的压缩数据的来源的第一到第三颜色成分的颜色成分数据的熵。

图10图示了当在不同类型的颜色成分之间的像素数据的差进行实施例中的压缩时获得的优点。

图11图示了与由JPEG-LS压缩算法获得的压缩相比，由根据实施例的编码装置获得的压缩比。

具体实施方式

现在将参考附图描述本发明的实施例。

图1是图示包括根据本发明实施例的编码装置100和解码装置200并且执行子画面图像的可逆压缩传送的系统的配置的框图。图2是图示对由编码装置100输出的图像的压缩数据进行解码并将压缩数据再现为图像的图像处理LSI 300的配置的框图。图2中仅图示了与解码和再现压缩数据相关联的图像处理LSI 300的组件而没有图示其他组件。

首先，在描述编码装置100和解码装置200之前，参考图2给出对图像处理LSI 300的描述。在图2中，子画面图案存储器401存储多个类型的子画面图像的压缩数据，并且包括例如只读存储器(ROM)。存储在子画面图案存储器401中的压缩数据是由根据该实施例的编码装置100输出的压缩数据。CPU 402是向图像处理LSI 300提供各种控制信息的处理器。监视器403是包括液晶面板等的显示器。

在图像处理LSI 300中，CPU接口(I/F)301是从CPU 402接收各种控制信息的装置。控制信息存储器302是存储通过CPU接口301从CPU402提供的控制信息的装置。控制信息存储器302包括例如随机存取存储器(RAM)。提供给控制信息存储器302的控制信息包括要解码和再现的子画面图像的压缩数据在子画面图案存储器401中的存储目的地地址、子画面图像在监视器403的屏幕上的显示位置、以及与子画面图像的按比例缩小或放大相关联的指令，等等。

控制器303是根据存储在控制信息存储器302中的各种控制信息来控制图像处理LSI 300的每个组件的控制中心。图案存储器接口304是在控制器303的控制下从子画面图案存储器401读取子画面图像的压缩数据的装置。图案数据解码器305与图1的解码装置200相对应。在控制器303的控制下，图案数据解码器305通过图案存储器接口304从子画面图案存储器401接收子画面图像的压缩数据，对接收到的压缩数据进行解码，并且输出在压缩之前的子画面图像的图像数据。在控制器303的控制下，图案数据解码器305、子画面渲染处理器306，和行缓冲器307A和307B在逐行的基础上(即，基于一个水平扫描线)生成要在监视器403上显示的子画面图像的图像数据，并且执行用于反映在监视器403的屏幕中的图像数据的处理。

更具体地，行缓冲器307A和307B中的每一个具有用于存储与监视器403的一行相对应的像素数据量的能力。控制器303交替地使用行缓冲器307A和307B。例如，在监视器403上显示在行缓冲器307A中的一行的像素数据的时段期间，控制器303促使子画面渲染处理器306执行渲染以将下一行的像素数据写到行缓冲器307B，并且在监视器403上显示在行缓冲器307B中的一行的像素数据的时段期间，控制器303促使子画面渲染处理器306执行渲染以将下一行的像素数据写到行缓冲器307A。控制器303执行控制操作，用于促使图案数据解码器305输出与用于渲染的一行相对应的子画面图像的图像数据，使得子画面渲染处理器306及时执行其渲染。也就是说，控制器303执行控制操作，用于促使图案存储器接口304从子画面图案存储器401读取用于获得一行的子画面图像的图像数据所需要的压缩数据并且将所读取的压缩数据提供给图案数据解码器305，以及用于促使图案数据解码器305对所读取的压缩数据执行解码。这里，在某种情况下，多个类型的子画面图像可以被显示在监视器403的一行上。在这种情况下，控制器303执行控制操作，用于促使图案存储器接口304从子画面图案存储器401读取用于获得与要显示的全部子画面图像的一行相对应的图像数据所需要的压缩数据并且将所读取的压缩数据提供给图案数据解码器305，以及用于促使图案数据解码器305对所读取的压缩数据执行解码。

显示控制器308、像素数据控制器309，和监视器接口310的组合是用于从行缓冲器307A和307B交替地读取一行的像素数据、将所读取的像素数据提供给监视器403、以及促使监视器403显示图像的部件。更具体地，显示控制器308通过监视器接口310将垂直同步信号和水平同步信号提供给监视器403并且还与垂直同步信号同步地将像素数据读指令发送给像素数据控制器309。每当像素数据控制器309接收到像素数据读取指令时，它交替地选择行缓冲器307A和行缓冲器307B，从所选择的行缓冲器读取一行的像素数据，并且通过监视器接口310将所读取的像素数据发送给监视器403。

上面已经描述了图像处理LSI 300的细节。

如上所述，在逐行的基础上对由根据该实施例的编码装置100生成的压缩数据进行解码以将压缩数据再现为图像。因此，为了允许图像处理LSI 300执行平滑处理，从子画面图案存储器401读取的一行的压缩数据量需要是小的，即，压缩数据的每行的压缩比需要是高的。另外，该实施例的目的在于实现一种允许监视器403显示与压缩前原始的子画面图像相同的子画面图像的高质量图像再现方案。为此，压缩数据需要根据无损压缩算法来获得。由于装置被设计成满足这样的需要，所以根据该实施例的编码装置100没有损耗或减损并且以每行高压缩比来执行图像数据的压缩。

接下来，参考图1描述根据该实施例的编码装置100和解码装置200。首先，如下描述编码装置100。RGB变换器110将要压缩的原始子画面的图像数据分成与R、G和B颜色成分相对应的多个图像数据。这里，与R成分相对应的图像数据是表示子画面的像素的R成分的强度的一组像素数据，与G成分相对应的图像数据是表示子画面的像素的G成分的强度的一组像素数据，以及与B成分相对应的图像数据是表示子画面的像素的B成分的强度的一组像素数据。

RGB相减单元120计算在子画面图像的每一个像素的不同颜色成分之间的像素数据的差并且生成表示所述差的各个差数据。当由一个像素的第一到第三颜色成分表示的三个像素数据由R、G和B表示时，RGB相减单元120输出像素数据R、G和B，以及多个差数据R-G、R-B、G-R、G-B、B-R和B-G。像素数据和差数据中的每一个是在该实施例中要压缩的颜色成分数据。

位准移位器(level shifter)130直接输出由RGB相减单元120输出的在成分数据之中的像素数据R、G和B。另一方面，对于在所输出的成分数据之中的每个差数据R-G、R-B、G-R、G-B、B-R和B-G，位准移位器130向差数据添加偏移(offset)以对差数据执行位准移位以达到预定范围中的位准(具体地，比0更高的位准)并输出位准移位的差数据，其中位准移位的差数据的每个符号位是相同的。

在该实施例中，压缩对象(即，要压缩的数据)是多个类型的子画面的图像数据，所述子画面每个像素数据具有不同数目的位。另外，位准移位器130用于执行位准移位的偏移还根据要压缩的子画面的像素数据的位数目而变化。更具体地，位准移位器130通过当一个像素数据包括5个位时将32作为偏移与差数据相加、当一个像素数据包括6个位时将64作为偏移与差数据相加、以及当一个像素数据包括8个位时将256作为偏移与差数据相加来对差数据执行位准移位。已经进行了该位准移位的差数据应当具有正值。

无损压缩编码单元140是用于以光栅扫描的顺序从子画面图像的像素中选择对象像素、对表示对象像素的多个类型的颜色成分数据中的每一个执行无损压缩编码、以及计算表示对象像素的每个颜色成分数据的压缩数据的部件。后面将描述无损压缩编码单元140执行的无损压缩编码算法的细节。

比较和选择单元150是用于比较从无损压缩编码单元140获得的多个类型压缩数据的数据量并从多个类型的颜色成分数据获得的多个压缩数据中选择作为输出对象的3种类型压缩数据的组合的部件，所述3种类型压缩数据的组合是从能够合成表示原始R、G和B颜色成分的各个像素数据的3种类型颜色成分数据获得的，并且所述3种类型压缩数据的组合具有比其他组合的总数据量更小的总数据量。

更具体地，如图3所示，使用从无损压缩编码单元140获得的多个类型的压缩数据，比较和选择单元150构造四种类型的组合，每种类型的组合包括三种类型的压缩数据。首先，正常模式的压缩数据的组合是分别从像素数据R、像素数据G和像素数据B获得的三种类型的压缩数据的组合。接下来，模式1的压缩数据的组合是分别从像素数据R、差数据R-G和差数据R-B获得的三种类型的压缩数据的组合。接下来，模式2的压缩数据的组合是分别从差数据G-R、像素数据G和差数据G-B获得的三种类型的压缩数据的组合。接下来，模式3的压缩数据的组合是分别从差数据B-R、差数据B-G和像素数据B获得的三种类型的压缩数据的组合。

另外，比较和选择单元150获得用于4种类型的压缩数据组合(即，正常模式、模式1、模式2和模式3)中的每一个的每帧压缩比。然后，比较和选择单元150从这4种类型的压缩数据的组合中选择具有最高的每帧压缩比的压缩数据的组合，并且将指示所选择的压缩数据组合的模式信号添加到所选择的压缩数据组合，并且然后输出带有添加了模式信号的所选择的压缩数据组合。具体地，在当所选择的压缩数据组合是正常模式时将模式信号“00”添加到所选择的压缩数据组合、当所选择的压缩数据组合是模式1时将模式信号“01”添加到所选择的压缩数据组合、当所选择的压缩数据组合是模式2时将模式信号“10”添加到所选择的压缩数据组合、以及当所选择的压缩数据组合是模式3时将模式信号“11”添加到所选择的压缩数据组合之后，比较和选择单元150输出所选择的压缩数据组合。

接下来，在该实施例中给出了无损压缩编码单元140的描述。无损压缩编码单元140包括差分脉冲编码调制(DPCM)单元141、预测误差变换器142和霍夫曼编码器143。

如图4所示，DPCM单元141是用于以光栅扫描的顺序从子画面图像的像素中选择对象像素X、根据表示与对象像素X相邻的像素的颜色成分数据来计算表示对象像素X的颜色成分数据的预测值Mx、以及计算预测误差X-Mx的部件，该预测误差X-Mx是预测值Mx和表示对象像素的颜色成分数据的实际值之差。

具体地，DPCM单元141根据以下算法来计算预测值Mx。首先，当对象像素X的左侧相邻像素Xa的颜色成分数据由“Xa”表示、对象像素X的右上侧的像素Xb的颜色成分数据由“Xb”表示、以及对象像素X的左上侧的像素Xc的颜色成分数据由“Xc”表示时，DPCM单元141获得这3个颜色成分数据的最大值“max(Xa，Xb，Xc)”并且确定是否Xc＝max(Xa，Xb，Xc)。当确定Xc＝max(Xa，Xb，Xc)时，如果Xb＜Xa，则DPCM单元141确定预测值Mx是Xb，并且如果Xa＜Xb，则DPCM单元141确定预测值Mx是Xa。另一方面，当Xc≠max(Xa，Xb，Xc)时，DPCM单元141获得这3个颜色成分数据的最小值“min(Xa，Xb，Xc)”并且确定是否Xc＝min(Xa，Xb，Xc)。当确定Xc＝min(Xa，Xb，Xc)时，如果Xb＞Xa，则DPCM单元141确定预测值Mx是Xb，并且如果Xa＞Xb，则DPCM单元141确定预测值Mx是Xa。当Xc≠max(Xa，Xb，Xc)并且Xc≠min(Xa，Xb，Xc)时，即，当Xc＞min(Xa，Xb，Xc)并且Xc＜max(Xa，Xb，Xc)时，DPCM单元141确定预测值Mx是Xa+Xb-Xc(即，Mx＝Xa+Xb-Xc)。然后，DPCM单元141计算预测误差X-Mx，所述预测误差X-Mx是以上述方式获得的预测值Mx和对象像素X的颜色成分数据的实际值之差。

在反转由DPCM单元141输出的预测误差的符号位降低了预测误差的绝对值的情况下，预测误差变换器142执行用于反转预测误差的符号位的变换处理。在该实施例中，压缩对象是如前所述每像素数据具有不同的位数目的多个类型的子画面的图像数据。因此，由预测误差变换器142执行的变换处理的细节还根据预测误差的位数目(即，要压缩的子画面的像素数据的位数目)来变化。图5图示了在预测误差的位数目(排除符号位)是8、6、5和4的每一种情况下预测误差变换器142的输入数据(即，预测误差)和输出数据之间的关系。图5仅图示了在反转代码降低了输入数据的绝对值的情况下输入数据和输出数据之间的关系。也就是说，图5省略了在反转代码没有降低输入数据的绝对值的情况下(即，在输入数据作为没有代码反转的输出数据直接被输出的情况下)输入数据和输出数据之间的关系图示。

图6图示了在预测误差的位数目(排除符号位)是6的情况下在预测误差变换器142的输入数据和输出数据之间的关系。在图6中，箭头指示变换的方向。诸如在该实施例中使用的颜色成分数据和预测误差的二进制数数据由2的补码形式的负数来表示。在这种情况下，当预测误差的位数目(排除符号位)是6时，绝对值比32更高的正预测误差的符号位反转将绝对值减少到原始绝对值以下。因此，对绝对值比32更高(＝2^6-1)的正预测误差执行符号位反转。绝对值比32更高(即，该负预测误差小于-32)的负预测误差的符号位反转将绝对值减少到原始绝对值之下。因此，对绝对值比32更高的负预测误差执行符号位反转。同样的方法被应用于具有不同的预测误差的位数目的情况。如图5所示，在预测误差的位数目是8的情况下，绝对值比128(＝2^8-1)更高的每个预测误差进行符号位反转，在预测误差的位数目是5的情况下，绝对值比16(＝2^5-1)更高的每个预测误差进行符号位反转，以及在预测误差的位数目是4的情况下，绝对值比8(＝2^4-1)更高的每个预测误差进行符号位反转。

霍夫曼编码器143是用于将已经由预测误差变换器142处理的预测误差变换成可变长度代码的部件。如上所述，DPCM单元141以光栅扫描的顺序从子画面图像的像素中选择对象像素X并且计算和输出预测误差。在该实施例中，将与每个像素相对应的以光栅扫描的顺序从DPCM单元141输出的预测误差以同样的顺序经由预测误差变换器142提供给霍夫曼编码器143，并且，在霍夫曼编码器143处，将与每个像素相对应的预测误差以将它提供给霍夫曼编码器143的顺序变换成可变长度代码。

图7图示了霍夫曼编码器143用于将预测误差变换成可变长度代码的换算表的细节。在图7中，编码对象是已经由预测误差变换器142处理的预测误差。在图7中，“S”是分配给具有相同代码长度的可变长度代码的可变长度代码组编号。一个可变长度代码包括代码和附加位。这里，代码是用于将可变长度代码所属的组与其他组区分开的标识信息。在具有特定代码的可变长度代码的组中的每个可变长度代码的附加位是用于将所述可变长度代码与在相同组中的其它可变长度代号区分开的标识信息。

如图7所示，将具有非0绝对值的编码对象变换成可变长度代码，该可变长度代码包括代码、随绝对值降低而降低的位长以及附加位。例如，将绝对值是1的2种类型的编码对象“-1”和“1”变换成具有分配了代码“01”的组编号S＝1的可变长度代码，并且通过各个附加位“0”和“1”来区分这2种类型的编码对象“-1”和“1”。另外，将绝对值在2-3的范围内的4种类型编码对象″-3″、″-2″、″2″和″3″变换成具有分配了编码″10″的组编号S＝2的可变长度代码，并且通过各个附加位“00”、“01”、“10”和“11”来区分这4种类型的编码对象“-3”、“-2”、“2”和“3”。类似地，将剩余编码对象分成组，每一个组具有连续的绝对值，并且将具有更大的位长度的代码分配给具有更大绝对值的编码对象的组。当除了具有绝对值256的编码对象的组的每个组的编码对象的绝对值增加时，该组的编码对象的数目增加并且用于区分编码对象的附加位的位长度也增加。在该实施例中使用的预测误差的最大位数目(排除符号位)是8并且“-256”和“256”都表示溢出状态。因此，将“-256”和“256”变换成具有代码“111111110”并且不包括附加位的相同的可变长度代码。

就具有绝对值0的每个编码对象来说，将作为连续的0的长度的编码对象的零行程(ZRL)变换成可变长度代码。例如，将是1的ZRL变换成具有分配了代码“000”的组编号S＝9的可变长度代码。将属于范围2-3的2种类型的ZRL“2”和“3”变换成具有分配了代码″0010″的组编号S＝10的可变长度代码，并且通过各个附加位“0”和“1”来区分这2种类型的ZRL“2”和“3”。将属于范围4-7的4种类型的ZRL“4”、“5”、“6”和“7”变换成具有分配了代码“00110”的组编号S＝11的可变长度代码，并且通过各个附加位“00”、“01”、“10”和“11”来区分这4种类型的ZRL“4”、“5”、“6”和“7”。类似地，将剩余的ZRL分成组，每一个组包括连续的ZRL，并且将具有更大的位长度的代码分配给更大ZRL的组。当该组的ZRL增加时，该组的ZRL的数目增加并且用于区分该ZRL的附加位的位长度也增加。另外，在该实施例中，假定生成了被称为“ALL0”的一种类型的预测误差以便增加压缩比。“ALL0”指示其中感兴趣的像素的预测误差是0并且在包括感兴趣的像素的行中感兴趣的像素之后的所有像素的预测误差都是0的状态。在该实施例中，将ALL0变换成具有代码“001110”并且不包括附加位的可变长度代码。

上面已经描述了根据该实施例的编码装置100的细节。

接下来，将给出解码装置200的描述。

无损解码单元210是将通过无损压缩编码单元140的无损压缩编码处理生成的压缩数据变换成压缩之前的原始图像数据的装置。在该实施例中的无损解码单元210包括霍夫曼解码器211和逆差分脉冲编码(IDPCM)单元212。霍夫曼解码器211使用与霍夫曼编码器143在用于可变长度编码的编码装置100中使用的换算表相同的换算表，并且将包括代码位和附加位的可变长度代码恢复成压缩之前的预测误差。

IDPCM单元212是通过执行用于将从霍夫曼解码器211获得的预测误差变换成由预测误差表示的颜色成分数据的逆差分编码处理来重建第一到第三颜色成分的各个颜色成分数据的装置。更具体地，在从霍夫曼解码器211接收到像素X的预测误差的情况下，当图4所示的三个像素Xc、Xb和Xa的颜色成分数据已经被解码用于第一到第三颜色成分中的一个时，在逆差分编码处理中，IDPCM单元212根据与上述DPCM单元141的差分编码处理的算法相同的算法根据相邻像素Xc、Xb和Xa的颜色成分数据来计算像素X的颜色成分数据的预测值MX。然后，IDPCM单元212通过将像素X的预测误差与预测值MX相加来计算像素X的颜色成分数据。

在该实施例中，如上所述，将位准移位器130提供在编码装置100中的DPCM单元141的上游，并且位准移位器130对要进行DPCM单元141的差分编码的颜色成分数据执行位准移位以达到比0高的范围。因此，在IDPCM单元212的逆差分编码中，假定在差分编码之前的颜色成分数据是正值并且排除在预测误差中的符号位的预测值MX和预测误差的相加的结果的一部分被视为作为解码结果的颜色成分数据。因此，在该实施例中，无论预测误差的每一个具有符号位为“0”的正值还是符号位为“1”的负值，如果在预测误差中排除符号位的部分是相同的，则根据预测误差来重建相同颜色成分数据。在编码装置100的无损压缩编码单元140中提供预测误差变换器142的目的是利用预测误差的符号位是“1”还是“0”并不影响解码结果的事实来降低提供给霍夫曼编码器143的编码对象(即，预测误差)的绝对值，和降低在变换之后可变长度代码的位长度。后面参考示例描述该设计的细节。

首先，假定每个颜色成分数据和预测误差(排除符号位)的位数目是6并且图6中对象像素X的颜色成分数据是59d(其中d表示十进制数值)，预测值是10d，并且预测误差是49d＝0110001b(其中b表示二进制值并且第一个“0”是符号位)。这里，当假定该预测误差变换器142没有被执行预测误差变换时，编码装置100和解码装置200执行以下处理。首先，霍夫曼编码器143根据图7所示的换算表将预测误差49d变换成包括属于组编号S＝6的组的代码111110和附加位110001的12位可变长度代码，并且输出12位可变长度代码。在解码装置200中，霍夫曼解码器211将可变长度代码变换成预测误差49d。然后，IDPCM单元212执行预测值和预测误差的二进制加法，其中预测值是10d＝0001010b，预测误差是49d＝0110001b，以重建对象像素X的颜色成分数据59d，如下面的等式所表示的。

0001010b+0110001b＝0111011b＝59d…(1)

另一方面，当预测误差变换器142已经执行了预测误差变换时，编码装置100和解码装置200根据本发明执行以下处理。首先，当将预测误差“49d”变换成二进制数时，如图6所示它是0110001b(其中b表示二进制值并且第一个“0”是符号位)。当二进制数的头部处的符号位从“0”反转到“1”时，在代码位的反转之后与二进制数1110001b相对应的十进制数是-15d，如图6所示，它的绝对值小于在符号位的反转之前的绝对值49d。因此，在编码装置100中的预测误差变换器142将带有反转符号位“1110001b＝-15d”的预测误差传送到霍夫曼编码器143。然后，霍夫曼编码器143根据图7的换算表将预测误差“1110001b＝-15d”变换成包括属于具有组编号S＝4的组的代码1110和附加位0000的8位可变长度代码，并且输出该8位可变长度代码。在解码装置200中，霍夫曼解码器211将该可变长度代码变换成预测误差1110001b＝-15d。然后，IDPCM单元212执行预测值和预测误差的二进制加法，其中预测值是10d＝0001010b，预测误差是-15d＝1110001b，如下面的等式表示的。

0001010b+1110001b＝1111011b…(2)

然后，IDPCM单元212忽略在相加结果“1111011b”的头部处的符号位“1”并且确定对象像素X的颜色成分数据是“111011b＝59d”。用这样的方式，根据排除符号位的预测误差的预测值和位，确定作为解码结果的颜色成分数据。因此，在反转预测误差的符号位降低了预测误差的绝对值的情况下，在该实施例中的编码装置100中的预测误差变换器142将预测误差的代码反转并将它传送到霍夫曼编码器143，并且该霍夫曼编码器143缩短了构成该压缩数据的可变长度代码的位长度。

RGB相加单元220是执行与由编码装置100中的RGB相减单元120执行的处理的逆变换相对应的处理的合成部件。图8图示了由RGB相加单元220执行的处理的细节。首先，RGB相加单元220从要解码的压缩数据提取模式信号并且基于该模式信号在正常模式、模式1、模式2和模式3之中确定压缩数据所采用的模式。

当模式信号指示正常模式时，从IDPCM单元212获得的第一颜色成分的颜色成分数据R′、第二颜色成分的颜色成分数据G′，和第三颜色成分的颜色成分数据B′分别是进行了压缩的子画面图像的第一颜色成分的像素数据R、第二颜色成分的像素数据G，和第三颜色成分的像素数据B。因此，RGB相加单元220将从IDPCM单元212获得的第一到第三颜色成分的颜色成分数据R、G，和B作为第一到第三颜色成分的像素数据R、G，和B毫无改变地输出。

当模式信号指示模式1时，从IDPCM单元212获得的第一颜色成分的颜色成分数据R′是进行了压缩的子画面图像的第一颜色成分的像素数据R。因此，RGB相加单元220将从IDPCM单元212获得的第一颜色成分的颜色成分数据R′作为第一颜色成分的像素数据R毫无改变地输出。然而，当模式信号指示模式1时，从IDPCM单元212获得的第二颜色成分的颜色成分数据是通过从进行了压缩的子画面图像的第一颜色成分的像素数据R中减去第二颜色成分的像素数据G并且通过位准移位器130对结果数据执行位准移位而获得的数据。另外，当模式信号指示模式1时，从IDPCM单元212获得的第三颜色成分的颜色成分数据是通过从进行了压缩的子画面图像的第一颜色成分的像素数据R中减去第三颜色成分的像素数据B并且通过位准移位器130对结果数据执行位准移位而获得的数据。因此，RGB相加单元220将颜色成分数据G′和B′恢复成在位准移位之前的颜色成分数据G″和B″，并且将R′-G″(＝R-(R-G)＝G)的差作为第二颜色成分的像素数据G输出并且将R′-B″(＝R-(R-B)＝B)的差作为第三颜色成分的像素数据B输出。相同的方法被应用于模式信号指示模式2或模式3的情况并且RGB相加单元220输出图8所示的数据项作为第一到第三颜色成分的像素数据R、G和B。

RGB逆变换器230是将从RGB相加单元220输出的第一到第三颜色成分的像素数据R、G和B组合并且重建子画面的图像数据的装置。

以上已经描述了根据该实施例的编码装置100和解码装置200的细节。

以下是该实施例的优点的描述。

(1)彩色图像的颜色成分R、G和B不彼此独立而是彼此非常相关。在该实施例中，不同类型的颜色成分之间的像素数据的差被压缩，并且因此可以移除要压缩的数据的冗余(即，每个颜色成分的像素数据的共同部分和背景部分)并且缩小要压缩的数据的动态范围，从而增加压缩比。参考图9和10如下描述这些优点的细节。

图9图示了在使用标准图像数据库(SIDBA)的12种类型的标准图像的情况下，第一到第三颜色成分的颜色成分数据的以位每像素为单元的熵(即，每个像素压缩性能范围的计算的结果)，所述第一到第三颜色成分在该实施例中是模式1、模式2和模式3中的每一个的压缩数据的来源。每个标准图像在高度方向H上具有256个像素的大小和在宽度方向W上具有256个像素的大小并且具有作为每一个像素的色调(TONE)(灰度级)信息的8个位。

在图9中，“±”表示熵的减少度(即，熵特性的改善度)。在图9中，第一颜色成分数据的熵(即，像素数据R)被用作颜色成分数据的基准熵，该颜色成分数据是模式1的压缩数据的来源，并且说明了相对于基准熵的其他颜色成分数据的熵的减少度(即，差数据G-R和B-R)。第二颜色成分数据(即，像素数据G)的熵被用作用于是模式2的压缩数据的来源的颜色成分数据的基准熵，并且说明了相对于基准熵的其他颜色成分数据的熵的减少度(即，差数据R-G和B-G)。第三颜色成分数据(即，像素数据B)的熵被用作用于是模式3的压缩数据的来源的颜色成分数据的基准熵，并且说明了相对于基准熵的其他颜色成分数据的熵的减少度(即，差数据G-B和R-B)。例如，在标准图像“航空”的模式1的每个颜色成分数据的情况下，第一颜色成分的颜色成分数据R的熵是7.31位每像素。第二颜色成分的颜色成分数据G-R的熵是6.81位每像素并且相对于颜色成分数据R仅减少了0.5。第三颜色成分的颜色成分数据B-R的熵是7.23位每像素并且相对于颜色成分数据R仅减少了0.08。

在图9中，熵的减少度(即，熵特性的改善度)由没有括号的数值表示，并且熵的增加度(即，熵特性的恶化度)由括号中的数值表示。从图9可以看出，在胡椒和牛奶滴图像的情况下，在模式1到3中的任一个中没有降低熵，而在其他10种类型的标准图像的情况下，在模式1到3中的任一个中期望降低熵。因此，可以看出可以通过执行对不同类型的颜色成分的像素数据之差进行编码的模式1到3的无损压缩来改善压缩比。

图10图示了在针对与图9的12个标准图像相同的12个标准图像通过无损压缩编码单元140生成了正常模式和模式1到3中的每一个的压缩数据的情况下，整个图像的压缩比和该图像的行的压缩比的最差值两者的计算结果。压缩比是通过压缩之后的数据量除以压缩之前的数据量而获得的值。然而，在该示例中，无损压缩编码单元140的DPCM单元141根据使用先前的值(图4所示的实例中左边相邻像素Xa的值)作为预测值的差分编码算法而不是使用以上实施例中描述的差分编码算法来执行预测误差计算。另外，在该示例中，霍夫曼编码器143根据由JPEG采用的换算表而不是图7所示的换算表来执行可变长度编码。进一步，在该示例中，位准移位器130和无损压缩编码单元140没有执行他们各自的处理。

从图10可以看出，在许多标准图像中，与正常模式的压缩数据的整个图像的压缩比相比，改善了模式1到3中的任一个的压缩数据的整个图像的压缩比。还可以看出，与正常模式的压缩数据的行压缩比的最差值相比，显著改善了模式1到3中任一个的压缩数据的行压缩比的最差值。可以认为这种改善是由于该实施例的两个特征的组合效果：在该实施例中，表示图像的每一个像素的颜色成分数据以光栅扫描的顺序进行了差分编码和可变长度编码并且不同类型的颜色成分之间的像素数据的差进行了差分编码和可变长度编码。也就是说，可以认为最差压缩比被显著地改善是因为预测误差的绝对值在差分编码中很容易降低并且对象像素的预测误差连续为零的频率被增加，并且可变长度编码中的预测误差作为ZRL或ALL0被处理的频率在相同行中相同或类似的颜色的区域中也被增加，因为比原始像素数据具有更小动态范围的不同类型的颜色成分之间的像素数据进行了差分编码。

显著改善行的压缩比的最差值的优点也向在逐行基础上对压缩数据执行解码的装置提供了相当的优点，如上述图2的图像处理LSI 300所做的。细节如下。首先，如果子画面图像的压缩数据的压缩比在行之间变化并且存在具有非常小的压缩比的行，则用于对行的像素数据进行解码的压缩数据的量很大。这造成以下不希望的情况：难以执行解码所需要的压缩数据的传送，以便行的像素数据及时被解码。然而，在该实施例中，由于行的压缩比的最差值可以通过模式1到3中的任一个的无损压缩来显著改善，所以可以防止这样的不希望的情况。

(2)在该实施例中，在通过差分编码获得的预测误差的符号位的反转降低了预测误差的绝对值并且霍夫曼编码器143对已经由预测误差变换器142处理的预测误差执行了随着绝对值降低而降低代码长度的可变长度编码以生成表示预测误差的可变长度代码的情况下，预测误差变换器142反转预测误差的符号位。因此，从一行的整个图像或像素的视角看来，进行了可变长度编码的预测误差的绝对值总体上被降低并且因此可以总体上缩短可变长度代码的位长度。

(3)以下是该实施例的通常的优点。图11图示了与通过根据该实施例的编码装置100执行压缩而获得的压缩数据的压缩比相对比，通过根据JPEG-LS的无损压缩算法对30种类型的评估图像执行压缩而获得的压缩数据的压缩比。在图11中，在由“±”表示的列中的每个数值表示在该实施例中获得的压缩比相对于通过JPEG-LS的无损压缩算法获得的基准压缩比的改善度。在该列中，压缩比的改善度由用于每个评估图像的正值来表示，与通过JPEG-LS的无损压缩算法获得的压缩比相比，改善了在该实施例中所获得的所述每个评估图像压缩比，并且压缩比的恶化度由用于每个评估图像的负值来表示，与通过JPEG-LS的无损压缩算法获得的压缩比相比，恶化了在该实施例中所获得的每个评估图像的压缩比。虽然针对30种类型的评估图像之中的评估图像op_24获得了稍微小于JPEG-LS的压缩比的压缩比，但是针对其他29种类型的评估图像获得了比JPEG-LS的压缩比更高的压缩比。

<其他实施例>

虽然上面已经描述了本发明的一个实施例，但是根据本发明还可以提供其他实施例。以下是示例。

(1)在以上实施例中可以省略位准移位器130和预测误差变换器142。

(2)虽然在以上实施例中将差分编码和可变长度编码组合的算法被用作无损压缩编码单元140的无损压缩算法，但是也可以采用其它无损压缩算法。

(3)以上实施例中模式1到3的压缩数据的细节可以如下改变。

<改变前的模式1>     <改变后的模式1>

第一颜色成分        R                  R

第二颜色成分        R-G                G-R

第三颜色成分        R-B                B-R

<改变前的模式2>     <改变后的模式2>

第一颜色成分        G-R                R-G

第二颜色成分        G                  G

第三颜色成分        G-B                B-G

<改变前的模式3>     <改变后的模式3>

第一颜色成分        B-R                R-B

第二颜色成分        B-G                G-B

第三颜色成分        B                  B

这些实施例实现了与以上实施例的优点相同的优点。

Claims (4)

1.一种用于压缩图像的像素的无损压缩编码装置，每一个像素由与所述图像的第一、第二和第三颜色成分相对应的不同类型的像素数据组成，所述装置包括：

计算部件，所述计算部件计算表示所述图像的每个像素的第一、第二和第三颜色成分的不同类型的像素数据之间的像素数据之差，并且将所计算的差作为多个类型的差数据来输出；

位准移位部件，所述位准移位部件被布置成对于所述多个类型的差数据执行位准移位，使得位准移位的差数据具有预定范围中的数值，其中所述数值的符号位是相同的；

无损压缩编码部件，所述无损压缩编码部件对包括表示第一到第三颜色成分的所述不同类型的像素数据和已经由所述位准移位部件处理的所述多个类型的差数据的颜色成分数据中的每一个执行无损压缩编码，并且输出与各个类型的颜色成分数据相对应的多个类型的压缩数据；其中

所述无损压缩编码部件包括：

差分编码部件，所述差分编码部件被布置成计算所述颜色成分数据的预测值，并且计算预测误差，所述预测误差是所述预测值和所述颜色成分数据的实际值之差；

预测误差变换部件，所述预测误差变换部件被布置成，在2的补码形式的所述预测误差的符号位的反转减少了所述预测误差的绝对值的情况下，执行由所述差分编码部件输出的所述预测误差的所述符号位的反转，其中所述预测误差是2的补码形式，和

可变长度编码部件，所述可变长度编码部件被布置成对已经由所述预测误差变换部件处理的所述预测误差执行可变长度编码，以生成表示所述预测误差的可变长度代码，并且被布置成以所述压缩数据的代码长度随着所述预测误差的所述绝对值减少而减少这样的方式来输出所述可变长度代码作为所述压缩数据；以及

比较和选择部件，所述比较和选择部件比较从所述无损压缩编码获得的所述多个类型的压缩数据的数据量，并且选择与三种类型颜色成分数据相对应的三种类型压缩数据的组合作为输出对象，所述三种类型颜色成分数据能够合成表示第一、第二和第三颜色成分的各个像素数据，使得所选择的组合的数据总量小于所述压缩数据的其他组合的数据总量，其中

所述比较和选择部件从压缩数据的四个组合中选择所述输出对象，所述四个组合包括从表示第一到第三颜色成分的各个像素数据中获得的三种类型压缩数据的一个组合，和压缩数据的三个组合，所述三个组合的每一个从表示在第一到第三颜色成分之中的第k个颜色成分的像素数据以及作为表示第k个颜色成分的像素数据和表示其他两种类型颜色成分的各个像素数据之差的两种类型的差数据两者中获得，其中k=1-3。

2.根据权利要求1所述的无损压缩编码装置，其中，所述无损压缩编码部件以光栅扫描的顺序从所述图像的像素中顺序地选择对象像素，对所选择的对象像素的每一个颜色成分数据执行所述无损压缩编码，并且输出所述压缩数据。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的无损压缩编码装置，其中，所述比较和选择部件将模式信号合并到所述输出对象中，所述模式信号指示三种类型的颜色成分数据，所述三种类型的颜色成分数据是所选择的三种类型的压缩数据的来源。

4.一种解码装置，包括：

解码部件，所述解码部件对通过无损压缩编码处理获得的三种类型的压缩数据执行解码处理，以生成第一到第三颜色成分数据；

模式信号获取部件，所述模式信号获取部件获取模式信号，所述模式信号指示在不同类型的颜色成分数据之中的各个类型的第一到第三颜色成分数据，所述不同类型的颜色成分数据包括分别表示像素的三种类型颜色成分的三种类型的像素数据和作为表示每个像素的不同类型的颜色成分的所述像素数据之间的像素数据之差的多种类型的差数据，其中所述模式信号指示正常模式和其他三种模式，所述正常模式包括表示从第一到第三颜色成分的各个像素数据中获得的三种类型压缩数据的一个组合，所述其他三种模式中的每一个模式包括从表示在第一到第三颜色成分之中的第k个颜色成分的像素数据以及作为表示第k个颜色成分的像素数据和表示其他两种类型颜色成分的各个像素数据之差的两种类型的差数据两者中获得的一个组合，其中k=1-3；以及

合成部件，所述合成部件使用与所述模式信号相关联的第一到第三颜色成分数据来执行计算处理，以生成表示从第一到第三颜色成分数据的像素的三种类型的颜色成分的三种类型的像素数据,

其中，所述解码部件包括：

可变长度解码部件，所述可变长度解码部件被布置成以所述压缩数据的代码长度随着预测误差的绝对值减少而减少这样的方式来将包括代码位和附加位的可变长度代码恢复成压缩之前的预测误差；以及

逆差分编码部件，所述逆差分编码部件被布置成计算所述颜色成分数据的预测值，并且通过执行用于将从所述可变长度解码部件获得的所述预测误差变换成由所述预测误差表示的颜色成分数据的逆差分编码处理来重建第一到第三颜色成分的各个颜色成分数据，其中所述颜色成分数据的实际值是所述预测值和所述预测误差之差。

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