CN103124350B - 基于rle的图像压缩方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于RLE的图像压缩方法和装置，其中的方法包括：依次比较判断待压缩图像中相邻像素的像素值是否相同，相同时设置像素格式中的标志位为表示采用RLE编码的值并进行RLE编码，否则设置标志位为表示未采用RLE编码的值且不进行RLE编码；解码时，根据待解码像素的像素格式中的标志位来判断是否采用了RLE编码，如果根据标志位判断待解码像素采用了RLE编码，则采用RLE解码；其中，标志位为RGB像素格式中G对颜色显示影响最小的一位。本发明能够解决传统RLE算法在某些情况下编码后数据量反而增大的问题，仅会损失很少的像素精度，达到的压缩比也大于RLE算法；并且整个编码及解码过程仅用到移位和位操作，简单方便。

Description

基于RLE的图像压缩方法及装置

技术领域

本发明涉及图像数据压缩技术领域，更为具体地，涉及一种基于RLE的图像压缩方法及装置。

背景技术

MirrorLink是一个将智能手机等移动设备与车载终端融合起来的技术。该技术将智能手机等移动设备的屏幕显示内容及声音传输到车载终端，同时也将车载终端上的控制信号传输回智能手机等移动设备，实现在车载终端使用智能手机等移动设备上的功能。

图1为现有的智能手机和车载终端之间的数据传输示意图。从图1可以看出，在智能手机等移动设备和车载终端之间传输的数据类型主要有屏幕显示数据、声音数据、控制类数据三大类。在这三类数据中，数据量最大、占用传输网络带宽最多的是屏幕显示数据。

图2示出了不同的屏幕分辨率以不同的屏幕更新速率传输时所需的带宽大小。如图2所示，假设传输一个分辨率为800*480的屏幕整屏数据，每个像素占用4个字节，则需要传输的数据量为800*480*4=1536000字节，即约1.5M字节的数据。假设屏幕的刷新率为10帧/秒，即一秒内要传输10帧整屏数据，则需要传输的数据量为15M字节，可见，这样的数据量是十分巨大的。

在实际应用中，由于市面上屏幕分辨率小于640*360的移动设备已经很少，并且如果屏幕刷新频率小于10帧，屏幕的画面显示会有明显的卡顿现象。因此，如果要同时满足对分辨率和刷屏频率的要求，且像素大小为4字节，就必须要求网络实际带宽在15M字节以上。若屏幕分辨率更高，刷屏频率更快，则要求的带宽则更大。

一般来说，目前在智能手机等移动设备和车载终端之间传输数据的方式有如下两种：USB数据线连接和无线传输。其中，USB数据线传输方式传输带宽大、传输速度快，但每次只能有一个智能手机等移动设备与车载终端相联，不能满足多个智能手机等移动设备和车载终端同时相联的需求；无线传输方式可以同时有多个智能手机等移动设备与车载终端相连，连接也方便，但采用无线传输方式的理论带宽也仅能达到约15M字节，实际带宽约为7M字节，显然无法满足目的数据传输的带宽要求。因此，如何减少传输的数据量就成为了一个重要的研究课题。

现有技术中所采用的一种减少传输数据量的方法是减少每个像素值所占的存储空间，即将32位像素值转成16位。这样虽然会损失一定的图像显示效果，却能够节约一半的带宽。而实际的效果表明，16位像素值的图像显示效果对于这种应用场景来说是可行的，在可容忍的范围内。以前面的例子为例，若采用16位像素值进行传输，则需要的带宽降低一半，为7M字节左右，已经接近无线传输的实际带宽。因此，现在大多数MirrorLink的图像传输中，一般均采用16位像素值进行传输。

现有技术中所采用的另一种减少数据量或是进一步减少数据量的方法是将屏幕数据压缩后再进行传输，到达对端后再进行解压并描绘。但是，在智能手机等移动设备和车载终端上选择压缩算法比较难。一方面，这两种设备均属于嵌入式设备，运算能力都相对较弱；另一方面，某些压缩算法，尽管压缩比很大，但压缩运算复杂度比较高，需要占用大量CPU的运算时间，使得屏幕刷新频率反而降低，故不能应用于该场景。因此，需要选择一种运算复杂度与压缩比都适中的算法。

RLE（run-lengthencoding，行程长度编码）压缩算法编码和解码都比较简单，该算法将原始的一元数据转换为二元表示方法，即从<element>到<number，element>，其中，element表示数据元，number表示该数据元重复的次数。例如，有一列数据AAABBBBCCCC，假设每个数据占用一个字节，则采用RLE编码前需要总存储空间为11字节，采用RLE编码是相邻的重复数据元只存储重复次数和一个数据元，减少了存储长度，这列数据经RLE编码后就成为了3A4B4C，只需要6字节存储空间，达到了压缩的目的。可见，对于RLE压缩方法而言，重复数据越多压缩效果越明显，并且不会占用大量的CPU运算时间，同时屏幕像素数据中重复的像素值占很大部分，这样可以达到较大的压缩比。因此在智能手机等移动设备和车载终端之间传输的数据一般采用RLE压缩算法进行压缩。

但是，在实际应用中，RLE算法还存在有下述问题：当像素值出现极端情况也就是每个相邻像素值都不相同的坏数据情况下，会产生编码后数据长度大于编码前数据长度的情况。这种情况下不但没有压缩数据，反而会增大数据量。例如，有一列数据ABCD，假设每个数据占用一个字节，则采用RLE编码后数据为1A1B1C1D，可见RLE编码前需要总存储空间为4字节，RLE编码后反而增大到8字节。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于RLE的图像压缩方法及装置，以解决RLE算法中在某些数据情况下产生的编码后数据长度大于编码前数据长度的情况。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于RLE的图像压缩方法，包括：依次比较判断待压缩图像中相邻像素的像素值是否相同，相同时设置所述像素值相等的像素的像素格式中的标志位为表示采用RLE编码的值并进行RLE编码，否则设置标志位为表示未采用RLE编码的值且不进行RLE编码；解码时，根据待解码像素的像素格式中的标志位来判断是否采用了RLE编码，如果根据标志位判断所述待解码像素采用了RLE编码，则采用RLE解码；其中，所述标志位为RGB像素格式中对颜色显示影响最小的一位。

其中，优选的方案是，待压缩像中相邻像素的像素值相同时，进行RLE编码的方法为：如果相邻的n个像素的像素值相同，则仅保存一个像素，并将所述像素格式中的标志位设置为表示采用RLE编码的值，并且，紧邻所述像素申请一个空间以存储所述像素的重复次数n；待压缩像中相邻像素的像素值不相同时，保存所述像素，并将所述像素格式中的标志位设置为表示未采用RLE编码的值。

此外，优选的方案是，依次比较判断待压缩图像中相邻像素的像素值是否相同，相同时设置所述像素值相等的像素的像素格式中的标志位为表示采用RLE编码的值并进行RLE编码的过程包括：逐个扫描待压缩图像中的像素，将16位像素格式RGB565中的标志位清0，转换为值为0的F位；逐个比较待压缩图像中的像素的像素值，把相邻的n个像素值相同的像素保存为一个像素，并将所述像素格式中的F位置1，表示采用了RLE编码，其中n为大于1的整数；然后紧邻所述像素申请一个存储所述像素重复次数n的空间；对于待压缩图像中的像素值与其后面的像素的像素值不同的像素，则保存所述像素的像素格式，其中，所述像素格式中的F位为0，表示未采用RLE编码，其后不需要再申请一个空间用以保存重复次数。

另一方面，本发明还提供一种基于RLE的图像压缩装置，包括：

相邻像素比较单元，用于依次比较判断待压缩图像中相邻像素的像素值是否相同，

标志位设置单元，用于在待压缩图像中相邻像素的像素值相同时设置所述像素值相等的像素的像素格式中的标志位为表示采用RLE编码的值并进行RLE编码，否则设置标志位为表示未采用RLE编码的值且不进行RLE编码；

解码单元，用于根据待解码像素的像素格式中的标志位来判断是否采用了RLE编码，如果根据标志位判断所述待解码像素采用了RLE编码，则采用RLE解码；

其中，所述标志位为RGB像素格式中对颜色显示影响最小的一位。

本发明提供的基于RLE的图像压缩方法及装置不仅能够避免现有的RLE算法的缺点，并且与RLE算法相比具有更大的压缩比。另外，本发明还针对MirrorLink场景进行了特殊处理，因为数据传输到对端后需要拷贝到显存进行描绘，为了在解压时达到最快的解压及描绘速度，在压缩时进行了优化考虑。针对不同的系统，这种优化措施可以相应地进行调节。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为智能手机等移动设备与车载终端之间传输的数据类型；

图2为不同的屏幕分辨率以不同的屏幕更新速率传输时所需的带宽大小；

图3为根据本发明实施例的基于RLE的图像压缩方法的流程示意图；

图4为根据本发明实施例的基于RLE的图像压缩方法中设置像素值中标志位的方法；

图5为根据本发明实施例的基于RLE的图像压缩方法设置标志位后的像素精度损失分析；

图6为根据本发明实施例的基于RLE的图像压缩方法的编码流程图；

图7为根据本发明实施例的基于RLE的图像压缩方法的解码流程图

图8为根据本发明实施例的基于RLE的图像压缩装置的逻辑结构框图。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

由于目前作为与车载设备进行通讯的主要为手机，因此，在下面对比本发明具体实施方式的表述中，“智能手机”、“移动设备”均是指用户访问移动互联网所使用的目标载体，同时可以将“智能手机”理解为“移动设备”的一种但不是唯一的一种具体表现形式。

在MirrorLink的实际实现中，大多采用16位像素格式进行传输。因此，在下面的实施例中均16位像素格式为例进行说明，24位、32位像素格式的应用与此类似。

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图3示出了根据本发明实施例的基于RLE的图像压缩方法的流程。

如图3所示，本发明提供的基于RLE的图像压缩方法包括如下步骤：

S310：依次比较判断待压缩图像中相邻像素的像素值是否相同；

S320：在相邻像素的像素值相同时设置像素值相等的像素的像素格式中的标志位为表示采用RLE编码的值并进行RLE编码，否则设置标志位为表示未采用RLE编码的值且不进行RLE编码；

S330：解码时，根据待解码像素的像素格式中的标志位来判断是否采用了RLE编码，如果根据标志位判断待解码像素采用了RLE编码，则采用RLE解码。

其中，上述标志位指的是RGB像素格式中对颜色显示影响最小的一位。也就是说，如果是采用16位像素格式进行传输的图像数据，本发明将其中Green位的最末位定义为标志位，用于表示该像素是否采用RLE编码；如果是采用24位像素格式进行传输的图像数据，本发明将其中一种颜色所占用的8位中的最低位作为标志位；如果是采用32位像素格式进行传输的图像数据，本发明将为了对齐而设置的8位中的任意一位作为标志位。

具体地，作为示例，在RGB555格式中，标志位选取为16位中未占用的那一位，因RGB555中该位可能在最高位，也有可能在最低位，故根据不同情况，在RGB555格式中，未添加标志位前的格式为：RRRRRGGGGGBBBBBX或XRRRRRGGGGGBBBBB，添加标志位后的格式为：RRRRRGGGGGBBBBBF或FRRRRRGGGGGBBBBB；在RGB888格式中，共计24位，需要占用1位颜色位，选取占用B所占用的8位中的最低位，因此，未添加标志位的格式前为：RRRRRRRRGGGGGGGGBBBBBBBB，添加标志位后的格式为：RRRRRRRRGGGGGGGGBBBBBBBF。而在RGB32格式中，共计32位，其中有8位是为了对齐而设，并没有使用，故选取这8位中的任意一位，因此，未添加标志位前的格式为：XXXXXXXXRRRRRRRRGGGGGGGGBBBBBBBB或RRRRRRRRGGGGGGGGBBBBBBBBXXXXXXXX，添加标志位后的格式为：XXXXXXXFRRRRRRRRGGGGGGGGBBBBBBBB或RRRRRRRRGGGGGGGGBBBBBBBBXXXXXXXF。在上述RGB像素格式的表示中，R表示red位，G表示green位，B表示blue位，F表示选取的标志位，X表示未使用的位。

相比较与现有的RLE压缩编码方式，本发明仅在相邻像素相同时进行编码，像素值不与相邻像素相同时不编码，这样就能够克服RLE编码在每个相邻像素的像素值都不相同或者相邻像素的像素值相同的情况不多时的编码缺陷，并且只对待压缩图像的像素进行一次遍历即可完成压缩，解码时也仅作位操作即可，使压缩效率得到有效提高。

具体地，作为示例，图4示出了根据本发明实施例的基于RLE的图像压缩方法中设置的像素值中标志位的方法。

如图4所示，在本发明提供的基于RLE的图像压缩方法中，将一般的16位像素格式的RGB565格式进行变换，把其中中间表示Green值的6位中的最末位拿出来作为标志位Flag位（F位），变换后的格式为RGFB5515。

图5示出了根据本发明实施例的设置标志位后的像素精度损失分析示意图。

如图5所示，由于本发明的基于RLE的图像压缩方法需要占用Green的最低位，故需要对Green的最后一位清0，但该位仍发挥Green位的占位符作用。RGB565格式的表示中，若Green的6位中最低位恰好为0，则转换成RGB5515后不会损失精度；若Green的6位中最低位为1，则需要将该位清0，这样将会损失比重为1/26的Green颜色值，相对于总体像素值来说该比重则更小。由此可见，本发明中这种将Green的最低位变换为标志位的方法仅会损失很小Green颜色值，某些情况下甚至不损失Green颜色值，故采用该位做标志位是可行的。

当然，如果对Green的最后一位全部置1，其像素精度损失的分析结果和清0是一样的。也就是说，只要根据标志位区分开是否采用RLE编码即可，至于标志位的具体取值，可以根据需要灵活设定。为了表述的方便，在下面的实施例表述中，以标志位的值取1时表示采用RLE编码，以标志位的值取0时表示不采用RLE编码。

图6示出了根据本发明实施例的基于RLE的图像压缩方法的编码流程示意图。如图6所示，在需要对图像进行压缩时，需要逐个比较图像中相邻像素的像素值，包括：S610：设置该图像的第一个像素的像素值为比较值V；

S620：设置count为重复次数变量，并初始化为0；

S630：设置循环次数变量i，并初始化为1；

S640：将第一个像素之后相邻像素的像素值逐个与V比较；

S651-S652：若比较出的像素值相同，则将V中的Flag位设为1，表示采用了RLE编码，并把重复次数count增加1；

S653-S657：若比较出的像素值不相等，则直接存储V，判断重复次数count，若count值为不为0，则紧邻pixel申请一个空间用以存储pixel的重复次数count，并将count清零，准备存储下一个像素值，并将初始值V重新赋值为当前像素值；

S660：将循环次数增加1；

S670-S692：判断循环次数是否等于总像素数，若不相等，则继续循环至步骤S640；否则，存储V，并根据count值来判断是否申请空间存储pixel的重复次数count。

图7示出了根据本发明实施例基于RLE的图像压缩方法中的解码流程示意图。如图7所示，对于根据本发明的压缩方法进行压缩的图像数据，在解码时，需要执行以下流程：

S710：初始化循环控制次数变量i为1；

S720：读取缓存中像素的像素值，并放到比较值变量V中；

S730-S745：判断V中的标志位F，如果不为1，则直接存储V，反之如果V中的标志位F为1，则紧挨该像素位存储的是该像素值的重复次数count，因此需要将像素值展开成count个；

S750-S760：将循环次数i增加1，并比较i与总像素值数n，判断是否结束，如果没有结束，则转到步骤S720，继续执行，否则解码结束。

具体地，作为示例，针对一段数据AABACCCCCC，用普通的RLE方法编码为2A1B1A6C，用本发明提供的基于RLE的图像压缩方法编码为A2BAC6。最坏情况下，没有一个像素经过编码，所有像素仍按原格式存储，不消耗多余的存储空间。最好情况下，仅存储一个像素值，紧跟一个该像素的重复次数。压缩率最大。实践证明，利用本发明提供的基于RLE的图像压缩方法队图像进行压缩后的平均压缩率在1:2左右。

与上述基于RLE的图像压缩方法相对应，本发明还提供一种基于RLE的图像压缩装置。

图8示出了根据本发明实施例的基于RLE图像压缩装置的逻辑结构框图。如图8所示，本发明提供的基于RLE的图像压缩装置800包括相邻像素比较单元820、标志位设置单元840以及解码单元860。

其中，相邻像素比较单元820用于依次比较判断待压缩图像中相邻像素的像素值是否相同；标志位设置单元840用于在待压缩图像中相邻像素的像素值相同时设置该像素值相等的像素的像素格式中的标志位为表示采用RLE编码的值并进行RLE编码，否则设置标志位为表示未采用RLE编码的值且不进行RLE编码；解码单元860用于根据待解码像素的像素格式中的标志位来判断是否采用了RLE编码，如果根据标志位判断该待解码像素采用了RLE编码，则采用RLE解码。

其中，标识像素是否采用RLE编码的标志位为RGB像素格式中对颜色显示影响最小的一位。

如上结合附图以示例的方式对本发明提供的基于RLE的图像压缩方法和装置进行了详细地说明。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的基于RLE的图像压缩方法和装置，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (8)

1.一种基于RLE的图像压缩方法，包括：

依次比较判断待压缩图像中相邻像素的像素值是否相同，相同时设置所述像素值相等的像素的像素格式中的标志位为表示采用RLE编码的值并进行RLE编码，否则设置标志位为表示未采用RLE编码的值且不进行RLE编码；

解码时，根据待解码像素的像素格式中的标志位来判断是否采用了RLE编码，如果根据标志位判断所述待解码像素采用了RLE编码，则采用RLE解码；

其中，所述标志位为RGB像素格式中对颜色显示影响最小的一位，在采用16位像素格式RGB565进行传输的图像数据时，将Green位的最末位定义为标志位。

2.如权利要求1所述的基于RLE的图像压缩方法，其中，

待压缩像中相邻像素的像素值相同时，进行RLE编码的方法为：

如果相邻的n个像素的像素值相同，则仅保存一个像素，并将所述像素格式中的标志位设置为表示采用RLE编码的值，并且，紧邻所述像素申请一个空间以存储所述像素的重复次数n；

待压缩像中相邻像素的像素值不相同时，保存所述像素，并将所述像素格式中的标志位设置为表示未采用RLE编码的值。

3.如权利要求1所述的基于RLE的图像压缩方法，其中，依次比较判断待压缩图像中相邻像素的像素值是否相同，相同时设置所述像素值相等的像素的像素格式中的标志位为表示采用RLE编码的值并进行RLE编码的过程包括：

逐个扫描待压缩图像中的像素，将16位像素格式RGB565中的标志位清0，转换为值为0的F位；

逐个比较待压缩图像中的像素的像素值，把相邻的n个像素值相同的像素保存为一个像素，并将所述像素格式中的F位置1，表示采用了RLE编码，其中n为大于1的整数；然后紧邻所述像素申请一个存储所述像素重复次数n的空间；

对于待压缩图像中的像素值与其后面的像素的像素值不同的像素，则保存所述像素的像素格式，其中，所述像素格式中的F位为0，表示未采用RLE编码，其后不需要再申请一个空间用以保存重复次数。

4.如权利要求1～3中任一项所述的基于RLE的图像压缩方法，其中，如果根据标志位判断所述待解码像素采用了RLE编码，采用RLE解码，具体包括：

逐个扫描所述采用了RLE编码的像素格式中的数据位，如果所述像素格式中的F位为采用RLE编码的值，则根据紧挨所述像素存储的重复次数n将所述像素展开为n个；

如果根据标志位判断所述待解码像素未采用RLE编码，则在解码时直接存储所述待解码像素。

5.如权利要求1所述的基于RLE的图像压缩方法，其中，所述RGB像素格式为RGB555格式，在所述RGB555格式中，未添加标志位前的格式为：RRRRRGGGGGBBBBBX或XRRRRRGGGGGBBBBB；添加标志位后的格式为：RRRRRGGGGGBBBBBF或FRRRRRGGGGGBBBBB；

其中，R表示red位，G表示green位，B表示blue位，F表示选取的标志位，X表示未使用的位。

6.如权利要求1所述的基于RLE的图像压缩方法，其中，所述RGB像素格式为RGB888格式，所述RGB888格式共24位，需要占用1位颜色位，选取占用B所占用的8位中的最低位，其中，在所述RGB888格式中，未添加标志位前的格式为：RRRRRRRRGGGGGGGGBBBBBBBB；添加标志位后的格式为：RRRRRRRRGGGGGGGGBBBBBBBF；

其中，R表示red位，G表示green位，B表示blue位，F表示选取的标志位。

7.如权利要求1所述的基于RLE的图像压缩方法，其中，所述RGB像素格式为RGB32格式，所述RGB32格式共32位，其中有8位是为了对齐而设，并没有使用，故选取这8位中的任意一位作为标志位，其中，未添加标志位前的格式为：

XXXXXXXXRRRRRRRRGGGGGGGGBBBBBBBB或

RRRRRRRRGGGGGGGGBBBBBBBBXXXXXXXX；

添加标志位后的格式为：

XXXXXXXFRRRRRRRRGGGGGGGGBBBBBBBB或

RRRRRRRRGGGGGGGGBBBBBBBBXXXXXXXF；

其中，R表示red位，G表示green位，B表示blue位，F表示选取的标志位，X表示未使用的位。

8.一种基于RLE的图像压缩装置，包括：

相邻像素比较单元，用于依次比较判断待压缩图像中相邻像素的像素值是否相同；

标志位设置单元，用于在待压缩图像中相邻像素的像素值相同时设置所述像素值相等的像素的像素格式中的标志位为表示采用RLE编码的值并进行RLE编码，否则设置标志位为表示未采用RLE编码的值且不进行RLE编码；

解码单元，用于根据待解码像素的像素格式中的标志位来判断是否采用了RLE编码，如果根据标志位判断所述待解码像素采用了RLE编码，则采用RLE解码；

其中，所述标志位为RGB像素格式中对颜色显示影响最小的一位，在采用16位像素格式RGB565进行传输的图像数据时，将Green位的最末位定义为标志位。