CN101911692A - 对半色调图像编码和解码的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种对半色调图像编码和解码的方法，通过使用半色调图像的图案特征有效地对半色调图像压缩和解码，该方法包括：根据半色调图像的特征确定不同的模板形状；基于确定的模板形状信息压缩半色调图像；压缩模板形状信息；将压缩的半色调图像和压缩的模板形状信息生成为比特流。

Description

对半色调图像编码和解码的方法和设备

技术领域

本发明总体构思总体涉及一种图像编码器-解码器(coder-decoder，CODEC)，更具体地讲，涉及一种对半色调图像编码和解码的方法和设备，以便通过使用半色调图像的图案特征对半色调图像进行有效地压缩和解码。

背景技术

通常，图像输出设备(例如，数字打印机或复印机)仅用白色和黑色两种颜色就能充分地表达出各种颜色印象。例如，数字彩色打印机仅用黑色和白色两个值表示显示在显示器上的彩色图像。为了通过彩色打印机输出显示在显示器上的具有各种亮度的彩色图像，彩色打印机或个人计算机(PC)执行用于将输入图像转换为二值图像的处理。即，彩色打印机或PC执行将输入的像素图像转换为具有0至255的灰度值的图像的处理以及将具有灰度值的图像转换为二值图像的处理。具有0至255的灰度值的图像被认为是灰度图像，并将把灰度图像转换为二值图像的处理称作半色调处理。

通常，为减少数据传输的总量和速度，主机装置通过使用压缩方案(例如，联合二值图像专家组(Joint Bi-level image experts Group，JBIG)或者JBIG2)来压缩经过半色调处理的二值图像数据，然后将压缩的二值图像数据发送到成像设备。成像设备将压缩的二值图像数据解码，然后执行打印任务。

在被确立为二值图像压缩的标准的JBIG中，半色调压缩方案包括：设置用于预测像素概率的模板并通过使用该模板执行二进制算术编码。这里，模板是指参考像素的位置图案。

发明内容

技术问题

然而，根据传统的二值图像压缩方案，通过使用用于颜色通道的同一模板信息来执行二进制算术编码，导致低压缩率。

技术方案

本发明总体构思提供了一种对半色调图像编码和解码的方法，使得能够通过选择适于半色调图像的图案特征的模板来无损地对半色调图像进行有效地压缩和解码。

本发明总体构思还提供了一种对半色调图像编码和解码的设备，所述对半色调图像编码和解码的方法应用到该设备。

有益效果

如上所述，根据本发明总体构思的多个实施例，基于适于半色调图像的图案特征的模板来压缩半色调图像，从而比现有的JBIG标准更为有效地压缩半色调图像。

另外，由于根据本发明总体构思的多个实施例的自适应模板随着输入图像图案而变化，因此根据本发明总体构思的压缩性能优于根据现有JBIG标准的压缩性能。

附图说明

通过参照附图对本发明总体构思的实施例进行的详细描述，本发明总体构思的上述和其它特点和效用将会变得更加清楚，其中：

图1示出普通的彩色半色调图像的特征；

图2是根据本发明总体构思实施例的将不同模板应用于半色调图像的N个颜色通道的整体示意图；

图3A是示出根据本发明总体构思实施例的对半色调图像编码的设备的框图；

图3B是示出根据本发明总体构思实施例的对半色调图像解码的设备的框图；

图4A至4D示出根据本发明总体构思实施例的用于为各通道的图像不同设计的形状的模板；

图5是示出根据本发明总体构思实施例的由图3A中示出的模板分解单元执行的模板分解和由图3A中示出的模板比特生成单元执行的模板比特生成的示图；

图6是示出由图3A中示出的比特流生成单元执行的比特流生成的示图；

图7是示出根据本发明总体构思实施例的对半色调图像编码的方法的流程图；

图8是示出根据本发明总体构思实施例的对半色调图像解码的方法的流程图；

图9是示出由根据本发明总体构思实施例的对半色调图像编码的方法实现的压缩性能的表格。

优选实施例

本发明总体构思的上述和/或其他方面和效用可通过提供一种对半色调图像编码的方法实现。该方法包括：根据半色调图像的特征确定多个不同的模板形状；基于确定的模板形状信息压缩半色调图像；压缩模板形状信息；将压缩的半色调图像和压缩的模板形状信息生成为比特流。

本发明总体构思的上述和/或其他方面和效用也可通过提供一种对半色调图像解码的方法实现。该方法包括：将比特流分割成半色调图像比特流和模板比特流；从模板比特流解码根据半色调图像的特征生成的模板形状信息；基于解码的模板形状信息对半色调图像解码。

本发明总体构思的上述和/或其他方面和效用也可通过提供一种对半色调图像编码的设备实现。该设备包括：模板信息编码单元，根据半色调图像的特征确定多个不同的模板形状并压缩确定的模板形状信息；第一上下文建模单元，基于由模板信息编码单元确定的模板形状信息，提取半色调图像的像素的上下文；算术编码单元，基于由第一上下文建模单元提取的上下文压缩半色调图像；比特流生成单元，将由模板信息编码单元压缩的模板形状信息和由算术编码单元压缩的半色调图像生成为比特流。

本发明总体构思的上述和/或其他方面和效用也可通过提供一种对半色调图像解码的设备实现。该设备包括：比特流分割单元，将比特流分割成半色调图像比特流和模板比特流；模板信息解码单元，从由比特流分割单元获得的模板比特流解码根据半色调图像特征生成的模板形状信息；第二上下文建模单元，基于由模板信息解码单元解码的模板形状信息和先前的像素信息，提取半色调图像的像素的上下文；算术解码单元，基于由第二上下文建模单元提取的上下文对半色调图像解码。

本发明总体构思的上述和/或其他方面和效用也可通过提供一种半色调图像编码-解码(CODEC)方法来实现，该方法包括：根据半色调图像的特征确定多个不同模板形状并压缩确定的模板形状信息；基于确定的模板形状压缩半色调图像；将压缩的半色调图像和压缩的模板形状信息生成为比特流；从比特流提取半色调图像比特流和模板比特流；从提取的模板比特流解码模板形状信息；基于解码的模板形状信息对压缩的半色调图像解码。

本发明总体构思的上述和/或其他方面和效用也可通过提供一种半色调图像编码器设备来实现，该设备包括：模板信息编码单元，确定不同模板形状，并基于确定的模板形状信息压缩半色调图像，其中，基于半色调图像的特征确定不同的模板形状。

本发明总体构思的上述和/或其他方面和效用也可通过提供一种半色调图像编码和解码系统来实现，该系统包括：编码单元，确定与半色调图像的特征相应的不同模板形状并压缩确定的模板形状信息，基于确定的模板形状压缩半色调图像，并将压缩的半色调图像和压缩的模板形状信息生成为比特流；解码单元，从比特流中提取半色调图像比特流和模板比特流，从提取的模板比特流解码模板形状信息，并基于解码的模板形状信息对压缩的半色调图像解码。

本发明总体构思的上述和/或其他方面和效用也可通过提供一种对半色调图像编码的方法来实现，该方法包括：基于半色调图像特征确定不同的模板形状；基于确定的模板形状信息压缩半色调图像。

发明总体构思的上述和/或其他方面和效用也可通过提供一种实现有用于执行方法的计算机程序的计算机可读记录介质实现，其中，该方法包括：确定基于半色调图像特征确定的不同的模板形状；基于确定的模板形状信息压缩半色调图像。

具体实施方式

现在，详细描述本发明的总体构思的实施例，其示例在附图中表示，其中，相同的标号始终表示相同的部件。以下通过参考附图描述实施例以解释本发明总体构思。

图1示出普通的彩色半色调图像的特征。

该彩色半色调图像由用于不同颜色通道的不同线图案组成。

如图1所示，青色品红色黄色黑色(CMYK)图像由青色通道、品红色通道、黄色通道和黑色通道组成。青色通道的图像具有水平的线图案特征，品红色通道的图像具有左对角线的线图案特征，黄色通道的图像具有右对角线的线图案特征，黑色通道的图像具有垂直的线图案特征。图像线图案表示像素间的相关性。

图2是根据本发明总体构思实施例的将不同模板应用于半色调图像的N个颜色通道的整体示意图。

参照图2，为N个颜色通道的图像预设不同的最优化模板。

通过使用第一模板211对第一颜色通道的半色调图像执行半色调编码221和半色调解码231。

通过使用第二模板212对第二颜色通道的半色调图像执行半色调编码222和半色调解码232。

通过使用第三模板213对第三颜色通道的半色调图像执行半色调编码223和半色调解码233。

通过使用第N模板214对第N颜色通道的半色调图像执行半色调编码224和半色调解码234。

图3A是示出根据本发明总体构思实施例的对半色调图像编码的设备的框图。

参照图3A，该设备包括：模板信息编码单元310、第一上下文建模单元320、算术编码单元330和比特流生成单元340。

模板信息编码单元310根据半色调图像的特征确定不同的模板形状，并对模板形状信息编码。

模板信息编码单元310包括：模板建模单元312、模板分解单元314和模板比特生成单元316。

模板建模单元312检测输入的半色调图像的特征(例如，半色调图像的各颜色通道的线图案)，并确定为半色调图像的颜色通道预设的不同模板形状。通常，为半色调图像的不同的颜色通道生成不同的线图案。这里，模板是指参考像素的位置图案信息。将关于为每个颜色通道的线图案最优设计的模板的信息存储在存储器中。半色调图像的通道特征可通过使用各种公知技术来检测。例如，为了从半色调图像中提取线图案，将图像域分为多个子图像。从各子图像提取穿过各子图像的中心的线段。接下来，提取的线段的每个像素被聚集在被称为累积矩阵的容器(bin)中。通过使用累积矩阵来提取线图案。

对于模板建模，例如，输入具有CMYK通道的半色调图像。CMYK半色调图像由如图2所示的青色通道、品红色通道、黄色通道和黑色通道组成。因此，模板建模单元312加载存储器中的为青色通道、品红色通道、黄色通道和黑色通道预设的不同形状的模版。

模板分解单元314提取构成由模板建模单元312确定的模板形状的像素之间的相对位置信息，并将相对位置信息生成为将被编码的符号(或编码符号)。

模板比特生成单元316将由模板分解单元314生成的符号转换为比特。

通过使用模板形状信息，第一上下文建模单元320对半色调图像的参考像素的值的图案进行建模。即，通过使用由模板建模单元312确定的模板形状信息，第一上下文建模单元320提取输入的半色调图像的像素的上下文，以确定半色调图像的像素值为‘0’的概率和半色调图像的像素值为‘1’的概率。这里，上下文是指通过提取位于模板指定的位置的各像素的值而枚举出的矢量。例如，当存在参考像素‘P1’-‘P9’和编码像素‘x’时，通过枚举对应于参考像素‘P1’-‘P9’的像素的值而获得的<100000000>为上下文。

根据由第一上下文建模单元320提取的上下文，算术编码单元330通过计算当前像素的预测值来压缩半色调图像。算术编码单元330通过使用诸如JBIG标准的压缩方案来压缩数据是公知的，因此不做详细描述。

比特流生成单元340将模板比特生成单元316生成的模板比特和算术编码单元330压缩的半色调图像比特生成为比特流。

图3B是示出根据本发明总体构思实施例的对半色调图像解码的设备的框图。

参照图3B，该设备包括：比特流分割单元350、模板信息解码单元360、第二上下文建模单元370和算术解码单元380。

比特流分割单元350将输入的比特流分割成半色调图像比特流和模板比特流。

模板信息解码单元360从通过比特流分割单元350获得的模板比特流解码模板形状信息。

模板信息解码单元360包括：模板比特解码单元364和模板解码单元362。

模板比特解码单元364从模板比特流解码部分模板符号。

模板解码单元362通过对模板比特解码单元364解码的部分模板符号重组来解码模板形状。

通过使用由模板解码单元362解码的模板形状和先前的像素值，第二上下文建模单元370提取半色调图像的像素的上下文。

根据由第二上下文建模单元370提取的上下文，算术解码单元380对半色调图像解码。算术解码单元380在诸如JBIG的标准中是公知的，因此不做详细描述。

图4A至4D示出根据本发明总体构思实施例的具有为各通道的图像不同设计的形状的模板。

如图4A至4D所示，根据半色调图像的特征设置不同的模板形状。各模板的大小固定为10个像素，以保持与现有的JBIG标准的兼容性。这里，‘0’-‘9’表示参考像素的位置，‘x’表示当前编码像素的位置。

例如，为青色通道的图像设置如图4A所示的第一模板形状，为品红色通道的图像设置如图4B所示的第二模板形状，为黄色通道的图像设置如图4C所示的第三模板形状，为黑色通道的图像设置如图4D所示的第四模板形状。此时，用于各通道的模板形状根据实验值被预先确定并被存储在表格中，或者由预先确定的模板软件生成。

图5是示出根据本发明总体构思实施例的由图3A中示出的模板分解单元314执行的模板分解和由图3A中示出的模板比特生成单元316执行的模板比特生成的示图。

如图5所示，模板形状信息510定义组成模板形状的参考像素的数量N以及参考像素的位置(x，y)。在模板形状信息510中，‘0’-‘9’表示参考像素，‘x’表示编码像素。

从品红色通道(其中，参考像素的数量N为10)的模板形状信息510中提取像素之间的相对位置信息。即，从模板提取第P模板像素的位置与第(P+1)模板像素的位置之差。例如，像素‘0’关于编码像素‘x’的相对位置表示为‘(-1，0)’。像素‘1’关于像素‘0’的相对位置表示为‘(-1，0)’。像素‘2’关于像素‘1’的相对位置表示为‘(-1，0)’。像素‘3’关于像素‘2’的相对位置表示为‘(-1，0)’。像素‘4’关于像素‘3’的相对位置表示为‘(2，-1)’。像素‘5’关于像素‘4’的相对位置表示为‘(-1，0)’。像素‘6’关于像素‘5’的相对位置表示为‘(-1，0)’。像素‘7’关于像素‘6’的相对位置表示为‘(-1，-1)’。像素‘8’关于像素‘7’的相对位置表示为‘(-1，0)’。像素‘9’关于像素‘8’的相对位置表示为‘(-1，0)’。

接下来，像素之间的分解的相对位置信息可被表示为编码符号。

例如，像素的数量和像素之间的相对位置信息可表示为‘10，[-1，0]，[-1，0]，[-1，0]，[-1，0]，[2，-1]，[-1，0]，[-1，0]，[-1，-1][-1，0]，[-1，0]’。

接下来，通过使用比特匹配对将编码符号生成为比特。

例如，如果将符号-比特匹配对设为‘10-＞1010’，‘0-＞0000’，‘2-＞0020’和‘-1-＞1001’，则像素的数量和像素之间的相对位置信息可表示为‘1010/1001/0000/1001/0000/1001/0000/1001/0000/0020/1010/1001/0000/1001/0000/1001/1001/1001/0000/1001/0000’。

图6是示出由图3A中示出的比特流生成单元340执行的比特流生成的示图。

在图6中，(a)示出现有的JBIG比特流格式，其包括头区域612和压缩的比特流区域614。

在图6中，(b)示出修改的JBIG比特流格式，其中，包括压缩的模板信息的第二头区域612被添加到第一头区域610。

在图6中，(c)示出另一种修改的JBIG比特流格式，其中，压缩的比特流区域620被分割成模板比特流区域622和半色调图像比特流区域624。

图7是示出根据本发明总体构思实施例的对半色调图像编码的方法的流程图。

在操作710中，输入具有红色/绿色/蓝色(RGB)通道的半色调图像或具有CMYK通道的半色调图像。

在操作720中，根据半色调图像的通道的特征确定不同的模板形状。

在操作730中，通过使用与各通道的图像相应的模板形状信息对像素的上下文建模。

在操作740中，基于建模的上下文压缩输入的半色调图像。

在操作750中，压缩模板形状信息。

在操作760中，将压缩的模板形状信息与压缩的半色调图像比特流的头结合。根据本发明总体构思的另一实施例，将压缩的模板形状信息比特流与压缩的半色调图像比特流结合。

最后，将半色调图像比特流发送到用于对半色调图像解码的设备。

图8是示出根据本发明总体构思实施例的对半色调图像解码的方法的流程图。

在操作810中，从输入的比特流提取半色调图像比特流和模板形状信息比特流。

在操作820中，从提取的模板形状信息比特流解码模板形状信息。

在操作830中，通过将先前的像素值应用于解码的模板形状信息来对像素的上下文建模。

在操作840中，基于建模的上下文对半色调图像比特流解码。

在操作850中，输出解码的半色调图像。

图9是示出通过根据本发明总体构思实施例的对半色调图像编码的方法实现的压缩性能的表格。

参照图9，模板形状根据输入图像的线图案而变化，因此与现有的JBIG编解码相比，实现了41.05％的比特节省。

因此，根据本发明总体构思实施例的半色调编码性能优于现有的JBIG的编码性能。

产业上的应用性

本发明总体构思可应用于处理半色调图像的各种图像输出设备，例如，打印机、扫描仪、传真机、多功能打印机(MFP)等。

本发明总体构思可被实施为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读介质可包括计算机可读记录介质和计算机可读传输介质。计算机可读记录介质是任何可存储其后可以被计算机系统读取的数据的数据存储设备。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可以被分布在联网的计算机系统上，从而所述计算机可读代码以分布式方式被存储和执行。计算机可读传输介质可传输载波或信号(例如，通过互联网的有线或无线的数据传输)。此外，实现本发明总体构思的功能程序、代码和代码段可容易地由本发明总体构思所属领域的程序员解释。

尽管已经参照其实施例具体显示和描述了本发明总体构思，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求所限定的本发明总体构思的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (21)

1.一种对半色调图像编码的方法，所述方法包括：

根据半色调图像的特征确定不同的模板形状；

基于确定的模板形状信息压缩半色调图像；

压缩模板形状信息；

将压缩的半色调图像和压缩的模板形状信息生成为比特流。

2.如权利要求1所述的方法，其中，确定不同的模板形状的步骤包括：

确定预先为半色调图像的颜色通道设置的不同模板形状。

3.如权利要求1所述的方法，其中，压缩半色调图像的步骤包括：

通过使用半色调图像的颜色通道的不同模板形状来压缩半色调图像。

4.如权利要求1所述的方法，其中，根据半色调图像的各颜色通道的图像的线图案不同地设置模板形状信息。

5.如权利要求1所述的方法，其中，为半色调图像的各通道的线图案最优地设计模板形状信息，并将模板形状信息存储在存储器中。

6.如权利要求1所述的方法，其中，压缩模板形状信息的步骤包括：

根据半色调图像的特征确定多个不同的模板形状；

通过分解确定的模板形状生成编码符号；

将编码符号转换为比特。

7.如权利要求1所述的方法，其中，压缩的模板形状信息被包括在比特流的头中。

8.如权利要求1所述的方法，其中，将压缩的模板形状信息与半色调图像比特流结合。

9.如权利要求1所述的方法，其中，模板形状信息包括：组成确定的模板形状的像素的数量和每个像素的位置信息。

10.一种对半色调图像解码的方法，所述方法包括：

将比特流分割成半色调图像比特流和模板比特流；

从模板比特流中解码根据半色调图像的特征生成的模板形状信息；

基于解码的模板形状信息对半色调图像解码。

11.如权利要求10所述的方法，其中，解码模板形状信息的步骤包括：

提取组成确定的模板形状的像素之间的相对位置信息。

12.如权利要求10所述的方法，其中，对半色调图像解码的步骤包括：

基于半色调图像的各颜色通道的不同模板，对半色调图像的各颜色通道的半色调图像解码。

13.一种半色调图像编码-解码(CODEC)方法，包括：

根据半色调图像的特征确定不同的模板形状并压缩确定的模板形状信息；

基于确定的模板形状压缩半色调图像；

将压缩的半色调图像和压缩的模板形状信息生成为比特流；

从比特流中提取半色调图像比特流和模板比特流；

从提取的模板比特流解码模板形状信息；

基于解码的模板形状信息对压缩的半色调图像解码。

14.一种对半色调图像编码的设备，所述设备包括：

模板信息编码单元，根据半色调图像的特征确定不同的模板形状并压缩确定的模板形状信息；

第一上下文建模单元，基于由模板信息编码单元确定的模板形状信息提取半色调图像的像素的上下文；

算术编码单元，基于由第一上下文建模单元提取的上下文来压缩半色调图像；

比特流生成单元，将由模板信息编码单元压缩的模板形状信息和由算术编码单元压缩的半色调图像生成为比特流。

15.如权利要求14所述设备，其中，模板信息编码单元包括：

模板建模单元，根据半色调图像的特征确定不同的模板形状；

模板分解单元，提取组成由模板建模单元确定的模板形状的像素之间的相对位置信息；

模板比特生成单元，将由模板分解单元提取的像素之间的相对位置信息转换为比特。

16.一种对半色调图像解码的设备，所述设备包括：

比特流分割单元，将比特流分割成半色调图像比特流和模板比特流；

模板信息解码单元，从由比特流分割单元获得的模板比特流解码根据半色调图像的特征生成的模板形状信息；

第二上下文建模单元，基于模板信息解码单元解码的模板形状信息和先前的像素信息，提取半色调图像的像素的上下文。

算术解码单元，基于由第二上下文建模单元提取的上下文对半色调图像解码。

17.如权利要求16所述的设备，其中，模板信息解码单元包括：

模板比特解码单元，从模板比特流解码部分模板符号；

通过重组模板比特解码单元解码的部分模板符号对模板形状信息解码。

18.一种半色调图像编码器设备，所述设备包括：

模板信息编码单元，确定不同的模板形状并基于确定的模板形状信息压缩半色调图像，

其中，基于半色调图像的特征确定不同的模板形状。

19.一种半色调图像编码和解码系统，所述系统包括：

编码单元，确定与半色调图像的特征相应的不同模板形状并压缩确定的模板形状信息，基于确定的模板形状压缩半色调图像，并将压缩的半色调图像和压缩的模板形状信息生成为比特流；

解码单元，从比特流中提取半色调图像比特流和模板比特流，从提取的模板比特流解码模板形状信息，并基于解码的模板形状信息对压缩的半色调图像解码。

20.一种对半色调图像编码的方法，所述方法包括：

基于半色调图像的特征确定不同的模板形状；

基于确定的模板形状信息压缩半色调图像。

21.一种实现有用于执行方法的计算机程序的计算机可读记录介质，其中，所述方法包括：

基于半色调图像的特征确定不同的模板形状；

基于确定的模板形状信息压缩半色调图像。

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