CN102300085A

CN102300085A - 具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法

Info

Publication number: CN102300085A
Application number: CN2010102143887A
Authority: CN
Inventors: 詹振宏; 周宏隆
Original assignee: Altek Corp
Current assignee: Altek Corp
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2030-06-25
Also published as: CN102300085B

Abstract

本发明公开了一种具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法，用以处理图像的多个像素。具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法包括：接收N个像素；分析此N个像素并产生对应于此N个像素的内容类别；依据内容类别以及目前可用暂存空间值，得到对应于此N个像素的量化参数以及编码参数；依据此N个像素的值以及量化参数，以预测与量化手段得到与此N个像素对应的N个量化差值；以及依据此N个量化差值以及编码参数，编码此N个量化差值。

Description

具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法

技术领域

本发明关于一种具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法，特别是一种需要较少内存空间的具有可变量化参数的图像压缩方法。

背景技术

传统的编码器(encoder)采用内文模式(context)等预测方法，而需要至少暂存图像的一整排的像素才能够进行各种模式下的预测。因此传统的编码器需要大量的储存空间，而使得编码器所需的成本上升。且传统的编码器在由多种模式进行选择时，需对每一个模式进行压缩测试，直到编码结果合乎预期。因此计算的复杂度高，且造成编码器每一次处理时所需的处理时间不同。

再加上使用者对于图像的分辨率的要求越来越高，亦增加了图像压缩时的负担。若使用现有的压缩方式，一旦图像的分辨率提高，编码器更得要耗费更大量的储存空间才能存放图像中一整排的像素以压缩图像。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种具有可变量化参数(variablequantization parameter)与可变编码参数(variable coding parameter)的图像压缩方法，其用以处理一图像的多个像素。具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法包括：接收N个像素；分析此N个像素并产生对应于此N个像素的一内容类别；依据内容类别以及一目前可用暂存空间值，得到对应于此N个像素的一量化参数以及一编码参数；依据此N个像素的值以及量化参数，以一预测与量化手段得到与此N个像素对应的N个量化差值；以及依据此N个量化差值以及编码参数，编码此N个量化差值。

为了压缩图像，具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法，另可包括：以N为单位，持续接收并编码图像的其余的像素，直到压缩完图像的所有像素。

其中分析此N个像素并产生对应于此N个像素的一内容类别的步骤可包括：利用预测手段，计算此N个像素的一差值总量；以及依差值总量的范围分类，产生内容类别。

而依据内容类别以及一目前可用暂存空间值，得到对应于此N个像素的一量化参数以及一编码参数的步骤可包括：依据内容类别，由多个参数对照表中选择一个参数对照表；以及依据目前可用暂存空间值查阅参数对照表，得到与目前可用暂存空间值对应的量化参数以及编码参数。

根据本发明的一实施范例，预测与量化手段可包括：依据此N个像素的值，得到分别对应于此N个像素的N个像素差值；以及依据量化参数，将此N个像素差值量化为分别对应于此N个像素差值的N个量化差值。

其中依据此N个像素的值，得到分别对应于此N个像素的N个像素差值的步骤可包括：分别计算此N个像素中的第i个像素的值P_i与其前一个像素的值P_i-1的差作为此N个像素差值d₁～d_N-1，其中i为正整数，且0≤i＜N。

根据本发明的一实施范例，依据此N个量化差值以及编码参数，编码此N个量化差值的步骤可包括：分别对此N个量化差值执行一变换手段，以得到分别对应于此N个量化差值的N个映射差值；以及依据编码参数，以哥伦布-莱斯编码(Golomb-Rice code)将此N个映像差值进行编码。

其中变换手段则可包括：当此N个量化差值中的第i个量化差值x_i大于或等于零时，对应的第i个映射差值n_i为量化差值x_i乘以2，其中0＝＜i＜N；以及当此N个量化差值中的第i个量化差值x_i小于零时，对应的第i个映射差值n_i为量化差值x_i乘以2再减1。

上述N为大于或等于2的正整数，且N小于图像的一图像宽度。此外，具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法可以藉由一微处理器执行。

综上所述，具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法接收图像中N个像素，并分析此N个像素的内容。量化参数以及编码参数依据此N个像素所对应的类别以及目前可用暂存空间值决定，故图像中每N个像素均可得到合适的量化参数与编码参数。且在编码器的缓存器仅需保存此N个像素的值，故能够节省大量的暂存空间。

附图说明

图1为根据本发明一实施范例的图像的示意图；

图2为根据本发明一实施范例的编码器的示意图；

图3为根据本发明一实施范例的具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法的流程图；

图4为根据本发明一实施范例的步骤S50的流程图；

图5为根据本发明一实施范例的步骤S60的流程图；

图6为根据本发明一实施范例的步骤S70的流程图；

图7为根据本发明一实施范例的步骤S80的流程图；

图8为根据本发明一实施范例的变换手段的流程图；以及

图9为根据本发明另一实施范例的具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法的流程图。

其中，附图标记：

20 图像

22 处理窗

31 内容分析模块

32 参数产生模块 33 预测模块

34 量化模块 35 可变长度编码模块

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求及附图，任何本领域的技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

本发明提供一种具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法，其用以处理一图像的多个像素，以将图像压缩。具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法能针对图像中的部分像素的特性，给予其合适的一量化参数以及一编码参数，以适当地保存图像的特征。具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法可实作于一编码器(encoder)，且可藉由一微处理器执行。

请参照图1，其为根据本发明一实施范例的图像的示意图。图像20具有W×L个像素，其中W为图像20的一图像宽度，L为一图像长度。例如图像20可以具有640×480个像素，或是128×128个像素的；则图像宽度W则会是640(像素)或是128(像素)。

具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法可一次选择N个像素并将其暂存以处理之。而选取N个像素的步骤可以以一处理窗22实作之。处理窗22的长度为N，被处理窗22所框选的N个像素便是依具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法被处理的N个像素。

同时参照图2以及图3，其分别为根据本发明一实施范例的编码器的示意图，以及具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法的流程图。如图2所示，编码器可包括一内容分析模块31、一参数产生模块32、一预测模块33、一量化模块34以及一可变长度编码(Variable-Length Coding，VLC)模块35。

具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法首先接收N个像素(步骤S40)。其可自图像20中选择N个像素并接收此N个像素。更详细地说，图像20可以是被存放于一内存(图中未示)的文件，亦可以是由一图像撷取装置的一感光单元传送的图像数据。因此在由内存或是感光单元等收到的图像20中选取此N个像素后，可以直接接收此N个像素的值P₀～P_N-1。其中像素的值例如可以是灰阶值、三原色值(RGB value)或是HSL色彩空间的色相(hue)、饱和度(saturation)、与亮度(lightness)。具有可变量化参数的图像压缩方法并不对像素的值的内容有所限制。

因此具有可变量化参数的图像压缩方法压缩图像20时，仅需要用到处理窗22的N个像素，而不需用到图像20中的其它像素。因此编码器的一缓存器(图中未示)中亦仅需要存有此N个像素即可，而不需存放图像20中整排的W个像素。其中N为大于或等于2的正整数，且N小于图像宽度W。

N个像素被送至内容分析模块31以及预测模块33。为了得到适合此N个像素的量化参数以及编码参数，内容分析模块31分析此N个像素并产生对应于此N个像素的一内容类别(步骤S50)。

请参照图4，其为根据本发明一实施范例的步骤S50的流程图。内容分析模块31先利用预测手段依据此N个像素的值P₀～P_N-1产生N个预测差值，并计算此N个预测差值的总和为一差值总量(步骤S52)。接着再依差值总量分类，产生内容类别(步骤S54)。

内容分析模块31内可储存有一内容类别对照表。内容分析模块31能够依据差值总量所属于的范围查表，并得到与此N个像素对应的内容类别。

参数产生模块32从内容分析模块31得到内容类别后，依据内容类别以及一目前可用暂存空间值，得到对应于此N个像素的量化参数以及编码参数(步骤S60)。其中目前可用暂存空间值表示外部系统的剩余空间大小，且外部系统的剩余空间会随着压缩的过程而改变。

请参照图5，其为根据本发明一实施范例的步骤S60的流程图。依据内容类别，由多个参数对照表中选择一个参数对照表(步骤S62)。参数产生模块32再依据目前可用暂存空间值查阅于步骤S62所选择的参数对照表，得到与内容类别以及目前可用暂存空间值对应的量化参数以及编码参数(步骤S64)。

更详细地说，参数产生模块32中储存有多个参数对照表，且这些参数对照表系分别对应于每一个内容类别。所以此N个像素所涵盖的预测差值范围决定于步骤S64时查阅的参数对照表。对应于各个索引的参数对照表则记录在不同的目前可用暂存空间值之下，适合此N个像素的量化参数以及编码参数。查表得到的量化参数与编码参数分别被传送给量化模块34以及VLC模块35，以进行后续的量化及编码的处理。

以下为参数对照表的一实施范例

目前可用暂存空间值	量化参数	编码参数
			256	0	4
128	1	3
			96	2	2
64	4	1
			32	8	0
16	16	0
			8	32	0

假设参数产生模块32于步骤S62中依据内容类别选择此参数对照表，则依据目前可用暂存空间值便可查询得到与其对应的量化参数以及编码参数。而得到的量化参数以及编码参数便是兼顾此N个像素的图像特性以及目前可用暂存空间值的最适值。量化模块34接收到与此N个像素对应的量化参数后，依据此N个像素的值P₀～P_N-1以及量化参数，以一预测与量化手段得到与此N个像素对应的N个量化差值x₀～x_N-1(步骤S70)。

请参照图6，其为根据本发明一实施范例的步骤S70的流程图。

首先预测模块33可依据此N个像素的值P₀～P_N-1，得到分别对应于此N个像素的N个像素差值d₀～d_N-1(步骤S72)。量化模块34再依据量化参数，将此N个像素差值d₀～d_N-1量化为分别对应于此N个像素差值d₀～d_N-1的N个量化差值x₀～x_N-1(步骤S74)。

于步骤S72，预测模块33可以分别计算此N个像素中的第i个像素的值P_i与其前一个像素的值P_i-1的差作为像素差值，其中i为正整数，且0≤i＜N。换言之，预测模块33可依据下述式1计算得到像素差值d₀～d_N-1。

d_i＝P_i-P_i-1，0≤i＜N，且i为正整数式1

其中P_i为处理窗22中的N个像素中的第i个像素的值，d_i为对应P_i的像素差值。

得到此N个像素差值d₀～d_N-1之后，量化模块34依据从参数产生模块32所得到的量化参数将此N个像素差值d₀～d_N-1量化为N个量化差值x₀～x_N-1。

接着，VLC模块35依据此N个量化差值x₀～x_N-1以及编码参数，编码此N个量化差值x₀～x_N-1(步骤S80)。VLC模块35从量化模块34接收此N个量化差值x₀～x_N-1，并从参数产生模块32接收编码参数。

请参照图7，其为根据本发明一实施范例的步骤S80的流程图。VLC模块35分别对接收的此N个量化差值x₀～x_N-1执行一变换手段，以得到分别对应于此N个量化差值x₀～x_N-1的N个映射差值n₀～n_N-1(步骤S81)。

请同时参照图8，其为根据本发明一实施范例的变换手段的流程图。变换手段可先逐一判断这些量化差值x_i是否大于或等于0(步骤S82)，再依下述式2以及式3计算得到映像差值n₀～n_N-1。

n_i＝2×x_i，if x_i≥0 式2

n_i＝2×x_i-1，if x_i＜0 式3

其中n_i为N个映射差值n₀～n_N-1中的第i个像素的值，且0≤i＜N。

对于大于或等于0的量化差值x_i，式2将量化差值x_i乘以2作为映射差值n_i。也就是说映射差值n_i为量化差值x_i乘以2(步骤S83)。而对于小于0的量化差值x_i，式3将量化差值x_i乘以2再减1的值作为映射差值n_i。也就是说映射差值n_i为量化差值x_i乘以2再减1(步骤S84)。

如此一来，便可在步骤S81中依据N个量化差值x_i，得到对应此N个像素的N个映射差值n₀～n_N-1。

请回到图7。VLC模块35接着依据编码参数，以哥伦布-莱斯编码(Golomb-Rice code，GR code)将此N个映射差值n₀～n_N-1进行编码(步骤S86)。

依据哥伦布-莱斯编码，VLC模块35先依据编码参数k设定一除数m。再将此N个映射差值n₀～n_N-1除以除数m，得到对应的N个商数Q以及余数R。其中除数m为2的k次方(2^k)。VLC模块35接着将得到的商数Q编码成一元码(unary code)，并将于数R编码成k位长度的二进制代码(binary code)。

举例而言，假设映射差值n₀为163，编码参数k为5。因此可以算出映射差值n₀的商数Q为5，余数R为3。则映射差值n₀的商数Q可以以一元码被编码成111110，余数R则以二进制代码被编码成00011。

如此一来，处理窗22内的N个像素的值P₀～P_N-1即可依据量化参数以及编码参数被转换成可变长度编码。而整个图像20能够被具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法压缩。请参照图9，其为根据本发明另一实施范例的具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法的流程图。

执行步骤S40到步骤S80将处理窗22的N个像素压缩后，另可判断是否压缩完图像20的所有像素(步骤S90)。若图像20尚未完全被压缩完成，则接续选取图像20的下N个像素(步骤S100)，并以步骤S50、S60、S70以及S80处理于步骤S100中被选取的N个像素。若图像20已被压缩完成为一压缩图像文件，则可结束。也就是说，具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法在于步骤S40中被选取的N个像素之后接续选取另外N个像素，且可将另外选取的N个像素作为新的处理窗22在处理之。

综上所述，根据本发明的具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法接收图像中N个像素，分析此N个像素的内容。根据此N个像素的值得到内容类别，再配合目前可用暂存空间值便能获得适合此N个像素的量化参数以及编码参数，并用以进行图像压缩。由于内容类别系依据此N个像素预测差值的总量决定，因此对于图像中每N个像素均可得到合适的量化参数与编码参数。且在编码器的缓存器仅需保存此N个像素的值，故能够节省大量的暂存空间。

Claims

1.一种具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法，用以处理一图像的多个像素，其特征在于，该图像压缩方法包括：

接收N个该像素；

分析该N个像素并产生对应于该N个像素的一内容类别；

依据该内容类别以及一目前可用暂存空间值，得到对应于该N个像素的一量化参数以及一编码参数；

依据该N个像素的值以及该量化参数，以一预测与量化手段得到与该N个像素对应的N个量化差值；以及

依据该N个量化差值以及该编码参数，编码该N个量化差值。

2.如权利要求1所述的具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法，其特征在于，还包括：

以N为单位，持续接收并编码该图像的其余的该像素，直到压缩完该图像的所有该像素。

3.如权利要求1所述的具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法，其特征在于，该分析该N个像素并产生对应于该N个像素的一内容类别的步骤包括：

利用预测手段，计算该N个像素的一差值总量；以及

依该差值总量的范围分类，产生该内容类别。

4.如权利要求1所述的具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法，其特征在于，该依据该内容类别以及一目前可用暂存空间值，得到对应于该N个像素的一量化参数以及一编码参数的步骤包括：

依据该内容类别，由多个参数对照表中选择一个该参数对照表；以及

依据该目前可用暂存空间值查阅该参数对照表，得到与该内容类别以及该目前可用暂存空间值对应的该量化参数以及该编码参数。

5.如权利要求1所述的具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法，其特征在于，该预测与量化手段包括：

依据该N个像素的值，得到分别对应于该N个像素的N个像素差值；以及

依据该量化参数，将该N个像素差值量化为分别对应于该N个像素差值的该N个量化差值。

6.如权利要求5所述的具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法，其特征在于，该依据该N个像素的值，得到分别对应于该N个像素的N个像素差值的步骤包括：

分别计算该N个像素中的第i个该像素的值P_i与其前一个该像素的值P_i-1的差作为该N个像素差值，其中i为正整数，且0≤i＜N。

7.如权利要求1所述的具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法，其特征在于，该依据该N个量化差值以及该编码参数，编码该N个量化差值的步骤包括：

分别对该N个量化差值执行一变换手段，以得到分别对应于该N个量化差值的N个映射差值；以及

依据该编码参数，以哥伦布-莱斯编码将该N个映像差值进行编码。

8.如权利要求7所述的具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法，其特征在于，该变换手段包括：

当该N个量化差值中的第i个该量化差值x_i大于或等于零时，对应的第i个该映射差值n_i为该量化差值x_i乘以2，其中0＝＜i＜N；以及

当该N个量化差值中的第i个该量化差值x_i小于零时，对应的第i个该映射差值n_i为该量化差值x_i乘以2再减1。

9.如权利要求1所述的具有可变量化参数与可变编码参数的图像压缩方法，其特征在于，该方法以一微处理器执行。