CN103037247A - 影像压缩方法、媒体数据文件与解压缩方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及影像压缩方法以及相关的媒体数据文件与解压缩方法。该影像压缩方法首先分割一原始图帧为一第一部份以及一第二部份。接着,缩减该第二部份,以产生一缩减部份。最后,重构该第一部份以及该缩减部份,以产生一重构图帧。该重构图帧与该原始图帧具有一样的图帧大小。
Description
技术领域
本发明有关于影像压缩方法、相关的媒体数据文件与解压缩方法,尤指可以适度地减少数据量、又可以维持影像品质的一种影像压缩方法。
背景技术
在移动式通信装置中,影音娱乐往往是不可或缺的一环。举例来说,能够随时随地在手机或是平板电脑上点选并播放电影,已经是大多使用者所希望或是已经习惯拥有的一种应用。
一般关于电影的媒体数据文件,是为要在电视机或是投影机的大屏幕上呈现足够细腻的影像,因此,媒体数据文件中每个图帧的解析度会相当的高,连带的,媒体数据文件便会相当的庞大。这样的文件要在移动式通信装置中播放的话,会有以下缺点。
1.画面可能延迟。庞大的媒体数据文件,需要有高速的通信网络来维持影像播放之流畅。但是,移动式通信装置的通信网络频宽往往是受限的,因此很容易造成画面停格延迟的事件的发生。
2.需要较多的储存硬件。在移动式通信装置中的储存硬件是较一般装置更为昂贵。要播放高解析度的影像,需要较多储存媒体,这对移动式通信装置而言,是相当奢侈的。
3.缩短移动式通信装置的操作时间。处理高解析度的影像,需要较多的运算,因此会消耗较多电能,因而影响移动式通信装置的操作时间。
为此,如何提供一种有效的影像压缩方法,在缩小媒体数据文件大小之余,同时适切保留媒体数据文件中每个图帧的品质,是十分被需要的。
发明内容
本发明的实施例提供一影像压缩方法,包含有:分割一原始图帧为一第一部份以及一第二部份;缩减该第二部份,以产生一缩减部份;以及,重构该第一部份以及该缩减部份,以产生一重构图帧。该重构图帧与该原始图帧具有一样的图帧大小。
本发明的实施例提供一种媒体数据文件的解压缩方法,该解压缩方法包含有:从该媒体数据文件产生一重构图帧以及一辅助信息;依据该辅助信息,找出该重构图帧中的一第一部份以及一缩减部份;放大该缩减部份,以产生一模糊部份;以及,依据该辅助信息,重构该第一部份以及该模糊部份,以产生一组合图帧。
本发明的实施例提供一种媒体数据文件,其符合一特定文件格式。该媒体数据文件包含有多个第一物件以及多个第二物件。这些第一物件包含有多个重构图帧的媒体数据。每一第二物件包含有一相对应重构图帧的附属信息以及辅助信息。该附属信息可用来对该媒体数据解压缩,以产生该对应重构图帧。该辅助信息可以用来找出该对应重构图帧中的一第一部份以及一缩减部份,以及记录有该缩减部分的一缩减比例。
本发明的实施例提供一种媒体数据文件,包含有一影音文件以以及诠释数据。该影音文件符合一特定文件格式,经解码后可得多个重构图帧以及相对应的音讯。该诠释数据包含有对应这些重构图帧的辅助信息。该辅助信息可以用来找出一对应重构图帧中的一第一部份以及一缩减部份,以及记录有该缩减部分的一缩减比例。
附图说明
图1显示依据本发明所实施的影像压缩方法。
图2例示一原始图帧。
图3显示一原始图帧经过步骤14处理后,所可能产生的一些结果。
图4显示一无兴趣部分缩减成一缩减部分。
图5A例示一重构图帧。
图5B例示辅助信息。
图6例示另一重构图帧。
图7显示一种解压缩方法。
主要元件符号说明
10影像压缩方法
12、14、16、18、20、22步骤
30原始图帧
32、34有兴趣部分
33图帧
36无兴趣部分
36a缩减部分
37辅助信息
38原始位置信息图
40、40a重构图帧
42重构信息
44a-44d影像区块
46a-46d区域
60解压缩方法
62、64、66、68、70、74步骤
具体实施方式
在此说明书中,相同符号的元件或信号,为具有相同或是类似功能的元件或信号。业界具有通常能力者,可以依据本说明书教导,推知相同符号的元件或信号,其实施方式,可能不局限于本说明书所揭露的,而是有许多不同的变化。
图1显示了依据本发明所实施的影像压缩方法10,适用于一媒体数据文件,可运用于一编码器(encoder)中。媒体数据文件中具有数个用来依序播放的原始图帧。每一原始图帧经过影像压缩方法10处理后,会产生一相对应的重构图帧。重构图帧由原始图帧中的有兴趣部分、无兴趣部分以及辅助信息所构成。本实施例中,有兴趣部分定义为第一权重部分,无兴趣部分为第二权重部分,其中第一权重高于第二权重,关于权重的选择,举例来说,如使用者的需求在于字幕清晰,可将字幕部份的权重提高,如使用者的需求在于图帧中特定物体的清晰(例如人脸、人形或物体等),则可将对应部份的权重提高。例如,可将一定比例的画面下部、或画面中白色或高对比的部份作为判断该部分为字幕的参考。
或者,定义一位于一定比例的画面下部,颜色接近白色且其往垂直、水平或一定角度延伸的同色色块为笔触区域,并将笔触区域及其周围一定范围定义为第一权重部份。于本实施例中,于决定权重的高低后,进行图帧的重构,权重较低的第二权重部份中的像素被对应的缩减为较低解析度的影像,此处的缩减包含等比例缩减(scale down)以及非等比例的缩减。权重较高的第一权重部份,则不进行缩减操作,并被置放于该画帧中未经处理时的原始位置上。缩减后的第二权重部份被重新安排于画帧中,因第二权重部份经过缩减,经此处理后画帧将产生不属于第一权重部分亦不属于第二权重部份的空白,此部份可填入黑/白作为底色来减少信息量,亦可选用其他色阶填入,亦可达成减少信息量的目的。换言之,使用者有兴趣部分的解析度维持不变,无兴趣部分则解析度(相对于原始图帧)减少。因此,以重构图帧进行压缩编码所产生的新媒体数据文件,可以小于原本的媒体数据文件,达到缩小文件大小的目的,同时又可以完整保有原始图帧中有兴趣部分。此外,亦可将有第一权重部分以及第二权重部份分别以不同压缩率进行压缩编码,只要有兴趣部分的压缩率低于无兴趣部分的压缩率,使还原后的有兴趣部分的解析度高于无兴趣部分的解析度。
在步骤12中,影像压缩方法10从一媒体数据文件里,接收一原始图帧。图2例示了原始图帧30,将用以解释影像压缩方法10中一些步骤所产生的结果。
步骤14分割原始图帧30,以产生不相重迭的至少一有兴趣部分以及至少一无兴趣部分。这里所谓有兴趣与无兴趣部分是相对的。简单的说,有兴趣部分大概指的是画质不想被牺牲的部分;无兴趣部分大概指的是画质可以被牺牲的部分。举例来说,每一原始图帧可被定义为排列成矩阵的数个影像区块(image block);每个影像区块大致为一正方形,由16X16(或8X8)个影像像素(image pixel)所构成;每一影像像素具有对应红绿蓝三原色之数个像素(pixel)。步骤14可以一个一个影像区块来检查。如果一个当下被检查的影像区块符合一个预设规则,那便可以把该影像区块隶属于有兴趣部分;反之则把该影像区块隶属于无兴趣部分。这预设规则可以由使用者任意定义。举例来说,在一实施例中,只要位在一原始图帧下方四分之一之内的影像区块,因为其大致包含有字幕讯息,所以全部隶属于有兴趣部分;其他影像区块都隶属于无兴趣部分。在另一实施例中,如果一影像区块中的影像像素的一对比关系超过一定程度,则该影像区块隶属于有兴趣部分;反之,该影像区块隶属于无兴趣部分。在另一实施例中,如果一影像区块具有一笔触(stroke)部分,则该影像区块隶属于有兴趣部分;反之,该影像区块隶属于无兴趣部分。
图3显示了原始图帧30经过步骤14处理后,所可能产生的一些结果。步骤14可以产生原始位置信息图38。原始位置信息图38中,有记号区域对应到原始图帧30中的太阳与字幕所在部分,因其对比较大或是包含有笔触,所以在此实施例中,是隶属有兴趣部分。原始位置信息图38中空白区域对应的是无兴趣部分。因此,原始图帧30分割成有兴趣部分32与34、以及无兴趣部分36。图3中,图帧33显示由有兴趣部分32与34所构成的一图帧。
接着,以一个缩减比例,步骤16缩减(scale down)无兴趣部分36,以产生缩减部分36a,如同图4所示。可以推知的,缩减部分36a的解析度,将低于无兴趣部分36。
步骤18重构(recomposite)缩减部分36a以及有兴趣部分32与34,以形成一重构图帧(recomposition frame),其图帧尺寸与原始图帧30相同。图5A例示重构图帧40,其保持有兴趣部分32与34的原始位置与大小,而缩减部分36a则位于重构图帧40中有兴趣部分32与34没有占据的一区域内。
在一实施例中,步骤18是先把有兴趣部分32与34复制并放置于一空白的重构图帧中,并保持有兴趣部分32与34的相对位置与大小皆不变。然后,依据一规则,来决定缩减部分36a大致位于重构图帧中的一放置位置。依据所决定的放置位置,把缩减部分36a放置在重构图帧尚未被占据的空白区域中,以完成重构图帧40。决定放置位置的规则可以依据使用者喜好而订定。
举例来说,缩减部分36a可以尝试放在重构图帧所有的可能放置位置,其中有的放置位置会使得被放置的缩减部分36a部分重迭到兴趣部分32或34。如果一特定的放置位置使得被放置之缩减部分36a完全不重迭到兴趣部分32与34,或是使得重迭部分为最小,那缩减部分36a就放在这特定的放置位置,来产生最后的重构图帧。如同5A图所例示,最后完成的重构图帧40,其中的缩减部分36a并没有重迭到兴趣部分32或34。
在另一实施例中,被决定的放置位置,可以使得相对的重构图帧,依照MPEG-4的压缩标准压缩后,所产生的图帧数据的大小为最小。缩减部分36a的每一个可能的放置位置,会产生一对应的重构图帧,经过MPEG-4的压缩标准进行压缩后,也会产生一相对应的图帧数据,以及一相对应的数据大小。因此,只要找到最小数据大小,便可以以其对应的放置位置,来做为被决定的放置位置。
在产生图5A的重构图帧40的过程中,步骤18也会产生辅助信息(sideinformation)。图5B例示辅助信息37,其包含有原始位置信息图38以及重构信息42。如同先前所述,原始位置信息图38包含有兴趣部分32或34以及无兴趣部分36的原始位置信息。重构信息42则包含有缩减部分36a的缩减比例、以及缩减部分36a于重构图帧40中的放置位置。辅助信息37并不限于图5B中所举例的内容,而可以包含有其他使用者所希望的信息。关于有兴趣部分的重构信息42的实现,于利用MPEG格式进行压缩时,可在包含有兴趣部分的压缩单元(例如一8x8像素或一16x16像素单元)中的辅助或自定区域增加一权重参数,以定义该压缩单元是否属于有兴趣部分,该权重参数可为一二位元制的0或一1数值,有兴趣部分的该权重参数被定义为1。当重构后的图帧出现重迭数据时,权重参数为1的部份被移至非有兴趣部分亦非无兴趣部分36的空白部份,并以预先定义(例如由左至右、由上至下)的方式沿空白部分排列。如此一来,在还原图帧时,当出现权重参数为1,但不存在像素数据的位置时,则依据该预先定义的排列方式,将像素数据还原至有兴趣部分的原始位置。
虽然在本实施例中,有兴趣部份于重构时被放置在图帧的原来位置上,但并不以此为限,有兴趣部分在重构时亦可被放置在图帧的其他位置上。以MPEG为例,数据因转换至频域后,连续排列的数据的高频成分较大,进行压缩时可以得到较大的压缩量,因此在进行重构时应以使数据连续排列为原则来放置影像区块,使得重构后的图帧在压缩时具有最大的压缩率。当有兴趣部份的位置于重构下亦被重新调整时,重构信息42还包含有兴趣部份于重构图帧上的位置信息。
一旦缩减部分36a在一重构图帧中的放置位置被决定时,难免地,缩减部分36a可能跟有兴趣部分32或34有部分重迭。当重迭事件发生时,为解决此问题,首先可使用适当的比例缩减参数,举例来说,当有兴趣部分的宽度部份占图帧的三分之一时,只要选择适当的缩减比例使缩减后缩减部分的宽度低于图帧的三分之二,便能解决重迭的问题。然而,在使用者的需求在于字幕清晰,且利用画面中白色或者高对比色块作为判断字幕的情形下,可能使得其他高对比或白色部分亦被判断为高权重的需保留部分,而使得有兴趣部分呈现不规则的状况,于此情形下,缩减部分的区块则为有兴趣部分区块的互补形状,两者可能互相交错穿插,换言之,同一高度以及宽度内可能同时包含有兴趣部分区块以及缩减部分。如此一来,将无法单纯利用宽度或高度调整避免有兴趣部分以及缩减部分间重迭的问题。此时,可以依照一预定搬移方式与规则,把缩减部份36a或是有兴趣部分32与34中的一重迭部份,置放在重构图帧中还没有被缩减部份36a、有兴趣部分32与34所占据的区域。图6例示另一重构图帧40a,其中缩减部分36a的放置位置大约是重构图帧40a的左上角,因此缩减部分36a与有兴趣部分32有部分重迭。影像区块44a-44d显示缩减部分36a中会跟兴趣部分32重迭的部分。影像区块44a-44d并没有置放在重构图帧40a中有兴趣部分32所在的区域,而是依照一预定搬移方式与规则,分别被置放在区域46a-46d。在重构图帧40a中,被搬移的是缩减部分36a中的重迭部分。在另一个实施例中,被搬移的是有兴趣部分中的重迭部分,预定搬移方式是依据以由左至右由上而下的顺序。
步骤20对步骤18所产生的重构图帧进行编码,以产生图帧数据。举例来说,依照MPEG-4的压缩标准或是其他影像的编码协定,对重构图帧编码,产生相对应的图帧数据。
步骤22把图帧数据与辅助信息,一起结合产生一媒体数据文件。在一实施例中,数个图帧数据存放于一MP4档,而对应图帧数据的辅助信息存放于一诠释数据(metadata)档,而步骤22所产生的媒体数据文件是MP4档与诠释数据档的组合。在另一实施例中,步骤22所产生的媒体数据文件只是一MP4档,辅助信息则存放在该MP4档中使用者可以制定的栏位中。
相较于原始图帧30中的无兴趣部分36,重构图帧40中的缩减部份36a的解析度比较低,而且重构图帧40也有许多空白部分。所以可以预期的,依据重构图帧所产生的媒体数据文件应该就会比较小,比较适用于移动式通信装置。
步骤22所产生的媒体数据文件可以透过有线或是无线网络,传送到一移动式通信装置。只要移动式通信装置具有相对应的解码程式或是解码器,就可以依据媒体数据文件中的图帧数据与辅助信息,产生并放映与原始图帧非常接近的组合图帧。
图7显示了一种解压缩方法60,可以适用于一解码器(decoder),用来处理图1所产生的媒体数据文件。解压缩方法60基本上是图1的影像压缩方法10的反操作。
步骤62接收一媒体数据文件。在一实施例中,解压缩方法60使用于一手机,其透过无线网络,接收媒体数据文件。
依据一解码协定,步骤64对媒体数据文件中的图帧数据解码,产生重构图帧。举例来说,如果图帧数据是依据MPEG-4的压缩标准而压缩编码产生,那步骤64就依据MPEG-4的解压缩标准,来大致还原产生重构图帧。因为经历了压缩与解压缩,所以步骤64所还原产生的重构图帧,即使没有跟图1的步骤18所产生的重构图帧完全相同,但是,大致上是非常类似。步骤64也从媒体数据文件中找出相对应的辅助信息。
依据辅助信息中的原始位置信息图38以及重构信息42,步骤66从步骤64所产生的重构图帧中,找出有兴趣部分与缩减部分。举例来说,依据第5B图中的原始位置信息图38,可以从图5A的重构图帧40中找出有兴趣部分32与34。依据图5B中的重构信息42,可以从图5A的重构图帧40中找出缩减部分36a。
类似的,原始位置信息图38与重构信息42也可以得知重构图帧40是否有重迭部分。只要知道影像压缩方法10中,针对重迭事件的预定搬移方式与规则,步骤66可以从重构图帧40中,找出以及/或拼凑出有兴趣部分32与34以及缩减部分36a。
步骤68把缩减部分36a放大,以形成模糊部分,使其大小与重构图帧的大小相同。以图4的缩减部分36a为例,因为经历了缩小与放大过程,所以,步骤68所产生的模糊部分大致上是与无兴趣部分36雷同,但是有较低的解析度。
依据原始位置信息图38,步骤70重构模糊部分以及有兴趣部分,形成组合图帧。模糊部分就放置在无兴趣部分所对应的位置上。大致来说,组合图帧与一相对应的原始图帧会有享有相同的有兴趣部分,但是,组合图帧中模糊部分,相较于相对应原始图帧中无兴趣部分,会比较模糊。模糊部分与有兴趣部分的交界处,可以稍加处理,以减低或是避免因为解析度的差异所造成的图像不连续现象。步骤70所产生的组合图帧,则交由步骤74播放。
尽管组合图帧中,模糊部分的解析度比较低,但是因为其中信息本来就比较不重要或是无兴趣,也可能在手机或是平板电脑上的小屏幕中根本就难以被肉眼辨识,所以模糊部分是可以被接受的。至于使用者可能比较在乎的有兴趣部分,组合图帧依然维持其原始的解析度。所以以组合图帧取代原始图帧来播放,大致不会影响使用者观看的感觉。
在本发明的一实施例中,图1的影像压缩方法10所产生的媒体数据文件为一MP4文件,其符合MP4的文件格式。MP4文件包含有数个物件,每个物件称之为原子(atom)。举例来说,关于图5A的重构图帧40的真正媒体数据,存放在媒体数据原子(media data atom)中。媒体数据原子一般称为mdat atom。重构图帧40的压缩方式、磁轨(track)型态、时间戳记等附属信息,则存放在电影原子(movie atom)中,一般称为moov atom。对应重构图帧40的辅助信息37,则是存放在,moov atom内使用者可以自订的使用者数据原子(user data atom)中。所以,在本发明的一实施例中,一电影原子存有一重构图帧所对应的附属信息以及辅助信息。或者,辅助信息以及附属信息可以被附加于MPEG数据之后。于另一实施例中,当重构图帧40藉由H.264方式压缩时,辅助信息以及附属信息则可被附加于每一个传送的图帧之后(例如图帧1+第一辅助信息、图帧2+第二辅助信息…)。辅助信息在本发明中是重要的,失去了辅助信息,利用解压缩方法只能还原出重构后的图帧40,而无法还原成原来的图帧了,因此上述几种不同的辅助信息附加方法,并不限定单独使用,亦可同时将辅助信息附加前述不同的位置上,以避免丢失图帧获封包时,一并丢失了辅助信息。
在本发明的另一实施例中,图1的影像压缩方法10所产生的媒体数据文件为一MP4文件与一诠释数据(metadata)的组合。此MP4文件存放有所有重构图帧的真正媒体数据以及相对应附属信息。也就是直接对此MP4文件以MPEG-4的解压缩标准解压缩后,就可以得到数个重构图帧与相对应的音讯,但无法得到相对应的辅助信息。诠释数据存放对应所有重构图帧的辅助信息以及时间戳记。时间戳记可以使解码器在处理一重构图帧时,快速的找到相对应的辅助信息。
在图1的实施例中,影像压缩方法10只有把原始图帧分割成两种部分:有兴趣与无兴趣部分。但是,本发明也可以把原始图帧分割成两种以上的部分。譬如说,在本发明的另一个实施例中,原始图帧被分割成三种部分:有兴趣、无兴趣、与非常无兴趣部分。无兴趣与非常无兴趣部分可以用不同的缩减比例缩减,然后才与有兴趣部分一起重构成一重构图帧。此时,辅助信息可能包含有有兴趣、无兴趣、与非常无兴趣部分的原始位置信息图、无兴趣部分的缩减比例与放置位置、非常无兴趣部分的缩减比例与放置位置…等等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (19)
1.一种影像压缩方法,包含有:
分割一原始图帧为一第一部份以及一第二部份;
缩减该第二部份,以产生一缩减部份;以及
重构该第一部份以及该缩减部份,以产生一重构图帧。
2.如权利要求1所述的影像压缩方法,其特征在于,该重构步骤包含有:
依据一规则,决定该缩减部份位于该重构图帧的一放置位置;
其中,该放置位置使该缩减部份与该第一部份的一重迭部份面积为最小。
3.如权利要求1所述的影像压缩方法,其特征在于,该影像压缩方法包含有:
依据一规则,决定该缩减部份位于该重构图帧的一放置位置;以及
对该重构图帧进行编码,以产生一图帧数据;
其中,该放置位置使该图帧数据为最小。
4.如权利要求1所述的影像压缩方法,其特征在于,该重构步骤包含有:
决定该缩减部份位于该重构图帧的一放置位置;以及
当该放置位置使该缩减部份与该第一部份重迭时,依照一预先定义方式,放置该缩减部份或是该第一部份中的一重迭部份于该重构图帧中尚未被该第一部份与该缩减部份所占据的区域。
5.如权利要求1所述的影像压缩方法,其特征在于,该重构步骤包含有:
放置该第一部份于该重构图帧中;
将该缩减部份放置于该重构图帧中该第一部份所没有占据的区域。
6.如权利要求1所述的影像压缩方法,其特征在于,该原始图帧包含有多个相同大小的影像区块,每一影像区块具有多个像素,该分割步骤依据一预设规则,而决定一对应影像区块隶属于该第一部份或是该第二部份。
7.如权利要求6所述的影像压缩方法,其特征在于,该预设规则为该对应影像区块中的对比关系。
8.如权利要求6所述的影像压缩方法,其特征在于,该预设规则为该对应影像区块是否具有一笔触部分。
9.如权利要求1所述的影像压缩方法,其特征在于,另包含有:
对该重构图帧进行编码,以产生一图帧数据;以及
产生一媒体数据文件,其包含有该图帧数据以及辅助信息,该辅助信息包含有标示该缩减部份于该重构图帧中的一放置位置。
10.如权利要求9所述的影像压缩方法,其特征在于,该辅助信息包含有标示该缩减部份的一缩减比例。
11.如权利要求9所述的影像压缩方法,其特征在于,该辅助信息包含有该第一部份以及该第二部份的原始位置信息。
12.一种媒体数据文件,其符合一特定文件格式,包含有:
多个第一物件,其包含有多个重构图帧的媒体数据;
多个第二物件,每一第二物件包含有这些重构图帧中一对应重构图帧的附属信息以及辅助信息;
其中,
该附属信息可用来对该媒体数据解压缩,以产生该对应重构图帧;
该辅助信息可以用来找出该对应重构图帧中的一第一部份以及一缩减部份,以及记录有该缩减部分的一缩减比例。
13.如权利要求12所述的媒体数据文件,其特征在于,该特定文件格式为MP4文件格式,该辅助信息存放于一电影原子内,一使用者可以自订的一使用者数据原子中。
14.一种媒体数据文件,包含有:
一影音文件,其符合一特定文件格式,经解码后可得多个重构图帧以及相对应的音讯;以及
诠释数据,包含有对应这些重构图帧的辅助信息以及时间戳记;
其中,该辅助信息可以用来找出一对应重构图帧中的一第一部份以及一缩减部份,以及记录有该缩减部分的一缩减比例。
15.如权利要求14所述的之媒体数据文件,其特征在于,该特定文件格式为MP4文件格式。
16.一种媒体数据文件的解压缩方法,该解压缩方法包含有:
从该媒体数据文件产生一重构图帧以及一辅助信息;
依据该辅助信息,找出该重构图帧中的一第一部份以及一缩减部份;
放大该缩减部份,以产生一模糊部份;以及
依据该辅助信息,重构该第一部份以及该模糊部份以产生一组合图帧。
17.如权利要求16所述的之解压缩方法,其特征在于,该辅助信息包含有一缩减比例,该放大步骤依据该缩减比例来产生该模糊部份。
18.如权利要求16所述的之解压缩方法,其特征在于,该辅助信息包含有该第一部份以及该模糊部份的原始位置信息。
19.如权利要求16所述的解压缩方法,其特征在于,该重构图帧包含有一空白部分。
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