CN103262424A - 用于压缩图像、音频和/或视频文件的数字值的方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于避免在值的复原期间误差传播的用于数字值的序列的差分压缩的方法。

Description

用于压缩图像、音频和/或视频文件的数字值的方法

技术领域

本发明涉及压缩数字图像、音频和/或视频文件的数字值、尤其是包括值的序列的文件的数字值的领域。

背景技术

压缩方法的主要约束一方面在于通过压缩初始数字文件来尽可能地减小初始数字文件的以八位组计量的量，另一方面在于复原（restore）与初始文件尽可能接近的文件。

某些压缩方法使得可精确地复原初始值。这是DPCM调制的情况。根据此方法，原始值（即，初始数字文件的第一个值）被保留，然后，各其它的值被用该值与初始文件中的在其前面的值之间的差替代。对应于差的数量一般小于对应于初始值的数量，这使得可获得压缩的文件。为了复原初始值，只需将相对应的差加回到之前的初始值（即，将连续值的差与原始值加到一起）。

允许的是，尽可能地缩小两个初始值之间的间隔使得可获得最高有效可能的压缩比。这是如何引入DPCM调制的。然而，使用DPCM方法获得的压缩率仍然低。因此，对差的文件应用附加的压缩的概念好象有吸引力。然而，由此新压缩所引起的误差随着在复原期间将连续差与原始值一起相加而累积。根据ADPCM（自适应DPCM）方法，通过使用旨在预测这些误差的算法来部分地偏移这些误差。在希望实现的压缩率方面，此方法仍不能令人满意。

发明内容

作为对比，本发明旨在提出一种简单且功能强的压缩方法，该压缩方法使得可在保留差分编码的优点的同时组合更有效的压缩率的优点与单独的DPCM方法的优点，而没有误差传播。

根据本发明的压缩数字文件（即，包括初始数字值的序列的文件）的方法的特征在于，对于所述序列中的第一初始值，该第一初始值的压缩值等于原始初始值，然后对于每一个当前初始值，依次执行下列步骤：

-计算当前初始值和紧接在该当前值之前的初始值的解压缩值之间的差；然后，

-使用压缩函数，来计算所述差的压缩值；然后，

-计算对应于所述当前初始值的解压缩值；然后，

如果存在一个紧随其后的值，则对于该紧随其后的值应用前述三个步骤；以及，

构成压缩值的压缩序列，每一个压缩值对应于相应的初始值。

因此，没有误差传播。

有利地，在压缩值上保留差的符号。优选地，压缩值被取整为最接近的整数。

互补压缩函数可以是n次根函数，n>1，例如，“平方根”函数或“立方根”函数。

互补压缩函数还可以是除以常数C的除式，C>1。

根据本发明，使用根据本发明的方法中的一个方法压缩的数字值的序列的解压缩方法的特征在于对于该压缩序列的第一压缩值，相对应的解压缩值等于第一压缩值，然后，对于每一个当前压缩值，依次执行下列步骤：

-通过对于当前压缩值应用互补压缩函数的逆函数来计算相对应的解压缩值，然后，将其与前面的解压缩值相加；然后，

-如果存在一个紧随其后的压缩值，则对于该紧随其后的压缩值应用前述步骤；以及，

-构成解压缩值的解压缩序列，每一个解压缩值对应于相应的初始值。

有利地，逆函数保留压缩值的符号。

附图说明

下面将参考附图作为非限制性示例来描述本发明的几个实施例，其中：

图1是示出了图像文件的数字值的复原的曲线图，压缩值对应于利用DPCM方法计算的以及利用根据本发明的方法计算的差的平方根的整个部分；以及，

图2是示出了图像文件的数字值的复原的曲线图，压缩值对应于利用DPCM方法计算的以及利用根据本发明的方法计算的差的立方根的整个部分。

具体实施方式

根据本发明，压缩方法可以通过下列通式来表达：

给定第一值Va,...,Vp,Vq,...,Vz的初始序列S，

-序列S的第一值Va的压缩值VCa为：VCa=Va；压缩值VCa的复原值VDa为：VDa=Ca=Va，以及，

-对于不同于Va的当前值Vq，序列S是这样的：

o给定对应于序列S中的在当前值Vq前面的值Vp的解压缩值VDp

o当前值Vq的压缩值VCq是：

VCq=+|取整[f(Dq)]|，如果Dq>0,并且

VCq=-|取整[f(Dq)]，如果Dq<0，

其中，Dq=Vq-VDp

o对应于当前值Vq的解压缩值VDq是：

VDq=+|取整[f^-1(VCq)]|+VDp，如果VCq>0，并且

VDq=-|取整[f^-1(VCq)]|+VDp，如果VCq<0

o取整到最接近的整数，以及

o其中，f是互补压缩函数。

在上面的公式中，“z”不表示第26个值，而是表示序列的最后一个值，而不管序列包括的值的数量是多少。

互补压缩函数f以及其逆f^-1可以在初始值的范围上被定义，或在足以允许对初始值进行足够的处理的|Vq-VDp|差的范围上被定义。例如，如果压缩函数f是对数函数，则它只能应用于大于1的差，其他差的压缩值被视为空（Null）。如果函数f是底为“x”的对数，则它也可以应用于“差加1”，例如，f(Vq)=log_x(1+|Vq-VDp|)。

下面的表T1包括：

-在其第一列中，数字图像文件的开始时的值，叫做初始值；

-在第二列中，使用DPCM方法简化的值，对应于初始值；

-在第三列中，相对应的压缩值；

-在第四列中，经解压缩的差值；

-在第五列中，使用DPCM方法得到的解压缩值，对应于初始值；以及，

-在第六列中，在使用DPCM方法获得的解压缩值VD与初始值Vi之间观察到的偏差。

在此示例中用于获得第三列的值所使用的互补压缩函数f是差D的绝对值的“平方根”函数，或：

VC=f(D)=√|D|

Vi	D	VC=f(D)	f-1(VC)	VD	E
						142		142		142
139	-3	-2	-4	138	-1
						165	26	5	25	163	-2
157	-8	-3	-9	154	-3
						154	-3	-2	-4	150	-4
160	6	2	4	154	-6
						166	6	2	4	158	-8

表T1

在表T1中，序列S有七个初始值Vi，包括第一值Va=142。

请注意，在表1中所示出的DPCM方法中，复原值VD和初始值Vi之间的误差E的绝对值增大，直到它达到8，即，8/166#5%误差。显然，对于包括超过七个值的序列S的实际文件，误差E可能会达到高得多的值。

下面的表T2包括：

-在其第一列中，数字图像文件的开始时的与表1的列1的那些值相同的值；

-在第二列中，使用根据本发明的方法简化的对应于初始值的差值；

-在第三列中，经压缩的差值；

-在第四列中，经解压缩的差值；以及，

-在第五列中，使用根据本发明的方法被完全解压缩的值，对应于初始值；以及，

-在第六列中，在使用根据本发明的方法获得的解压缩值VD和初始值Vi之间观察到的偏差。

在此示例中获得第三列的值所使用的互补压缩函数f与表T1的情况中所使用的相同，即，“平方根”函数。

Vi	D	VC=f(D)	f-1(VC)	VD	E
						142		142		142
139	-3	-2	-4	138	-1
						165	27	5	25	163	-2
157	-6	-2	-4	159	2
						154	-5	-2	-4	155	1
160	5	2	4	159	-1
						166	7	3	9	168	2

表T2

请注意，在表2中所示出的根据本发明的方法中，复原值VD和初始值Vi之间的误差E的绝对值是稳定的，并且不超过2，即，2/166#1%误差。不管序列S的初始值Vi的数量是多少，此稳定性均被再现。

图1在同一曲线图中利用相同标度示出了来自表1和2的第一列的值Vi的序列S，构成表1的第五列的使用DPCM方法的相对应的压缩值和解压缩值的序列S1，以及构成表2的第五列的使用根据本发明的方法的相对应的压缩值和解压缩值的序列S2。

请注意，使用DPCM方法获得的复原值的序列S1趋向于偏离初始值的序列。这是由于这样的事实而产生的：在利用DPCM方法解压缩的过程中，随着离开原始值Va经过初始值的序列S，由压缩-解压缩所引起误差彼此累积。

请注意，使用根据本发明的方法获得的复原值的序列S2与初始值的序列非常接近，而不与它背离。这演示了根据本发明的方法的优点。

表T3和T4分别类似于表T1和T2。在表T3和T4以及在图2中所示出的示例中，初始值的序列S与用于表T1和T2的初始值的序列S相同，但是，用于获得第三列的值的互补压缩函数f是“立方根”函数。

Vi	D	VC=f(D)	f-1(VC)	VD	E
						142		142		142
139	-3	-1	-1	141	2
						165	26	3	27	168	3
157	-8	-2	8	160	3
						154	-3	-1	-1	159	5
160	6	2	8	167	7
						166	6	2	8	175	9

表T3

Vi	D	VC=f(D)	f-l(VC)	VD	E
						142		142		142
139	-3	-1	-1	141	2
						165	.24	3	27	168	3
157	-11	_2	-8	160	3
						154	-6	-2	-8	152	-2
160	8	2	8	160	-
						166	6	2	8	168	2

表T4

请注意，在表3中所示出的DPCM方法中，复原值VD和初始值Vi之间的误差E增大，直到它达到9，即，9/166>5%误差。显然，对于包括超过七个值的序列S的实际文件，误差E可能会达到高得多的值。

请注意，在表4所示出的根据本发明的方法中，复原值VD和初始值Vi之间的误差E的绝对值是稳定的，并不超过3，即，2/166<2%误差。不管序列S的初始值Vi的数量是多少，此稳定性均再现。

图2在同一曲线图中利用相同标度示出了表3和4的第一列的值Vi的序列S，构成表3的第五列的使用DPCM方法的相对应的压缩值和解压缩值的序列S3，以及构成表4的第五列的使用根据本发明的方法的相对应的压缩值和解压缩值的序列S4。

请注意，使用DPCM方法获得的复原值的序列S3趋向于偏离初始值的序列，甚至比序列S1更强烈。请注意，使用根据本发明的方法获得的复原值的序列S4与初始值的序列非常接近，而不与它背离。这进一步演示了根据本发明的方法的优点。

当然，本发明不仅限于刚刚所描述的示例。

如此，互补压缩函数可以是n次根类型的函数，随着两个连续值之间的可预测的差变大，值n变得更大。互补压缩函数也可以是除以常数C的除式，其中，C可以随着两个连续值之间的可预测的差变大而变大。当然，这些示例不是限制性的。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于将初始数字值（Va,...,Vp,Vq,Vr,...,Vz）的序列（S）压缩为压缩值（Va,...,VCp,VCq,VCr,...,VCz）的压缩序列（SC）、从而旨在将这些值复原为解压缩值（Va,...,VDp,VDq,VDr,...,VDz）的解压缩序列（S2,S4）的方法，其特征在于，对于所述序列的第一初始值（Va），所述第一初始值的压缩值（VCa=Va）等于所述第一初始值（Va），并且所述第一初始值（Va）的所述压缩值（VCa）的解压缩值（VDa=VCa=Va）等于所述第一初始值（Va），

然后，对于每一个当前初始值（Vq），执行下列步骤：

-计算所述当前初始值（Vq）和紧接在该当前值（Vq）之前的初始值的解压缩值（VDp）之间的差（Dq=Vq-VDp）；然后，

-使用互补压缩函数（f）来计算所述差（Dq）的压缩值（VCq=f[Dq]）；然后，

-计算对应于所述当前初始值（Vq）的解压缩值（VDq=f^-1[VCq]+VDp）；然后，

-如果存在一个紧随其后的值（Vr），则对该紧随其后的值（Vr）应用前述三个步骤；以及，

-构成压缩值（Va,...,VCp,VCq,VCr,...,VCz）的压缩序列（SC），每一个压缩值对应于各自的初始值（Va,...,Vp,Vq,Vr,...,Vz）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压缩值被取整到最接近的整数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述压缩值上保留所述差的符号（如果Dq<0，那么，VCq<0，如果Dq>0，那么，VCq>0）。

4.根据权利要求1到3中的任一个所述的方法，其中，所述互补压缩函数（f）是n次根函数，其中n>l。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述互补压缩函数（f）是“平方根”函数。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述互补压缩函数（f）是“立方根”函数。

7.根据权利要求1到3中的任一个所述的方法，其中，所述互补压缩函数（f）是除以常数C的除式，其中C>1。

8.一种用于解压缩使用根据权利要求1到7中的任一个所述的方法压缩的数字值的序列（VCa...,VCp,VCq,VCr,...,VCz）的方法，其特征在于，对于该压缩的序列的第一压缩值（VCa），解压缩值（VDa）等于所述第一压缩值（VCa=Va），然后，对于每一个当前压缩值（VCq），依次执行下列步骤：

-通过对当前压缩值（VCq）应用所述互补压缩函数（f）的逆函数，然后与前面的解压缩值（VDp）相加，计算相对应的解压缩值（VDq=f^-1[VCq]+VDp）；然后，

-如果存在一个紧随其后的值（VCr），则对该紧随其后的值（VCr）应用前述步骤；以及，

-构成解压缩值（Va,...,VDp,VDq,VDr,...,VDz）的解压缩序列（S2,S4），每一个解压缩值对应于各自的初始值（Va,...,Vp,Vq,Vr,...,Vz）。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述逆函数（f^-1）保留压缩值的符号（如果VCq<0，那么f^-1（VCq）<0，如果VCq>0，那么f^-1(VCq)>0）。

Claims (9)

1.一种用于压缩初始数字值（Va,...,Vp,Vq,Vr,...,Vz）的序列（S）的方法，其特征在于，对于所述序列的第一初始值（Va），所述第一值的压缩值（VCa=Va）等于所述第一值（Va），然后，对于每一个当前初始值（Vq），执行下列步骤：

-计算所述当前初始值和紧接在该当前值（Vq）之前的初始值的解压缩值（VDp）之间的差（Dq=Vq-VDp）；然后，

-使用压缩函数（f）来计算所述差（Dq）的压缩值（VCq=f[Dq]）；然后，

-计算对应于所述当前初始值（Vq）的解压缩值（VDq=f^-1[VCq]+VDp）；然后，

-对如果存在一个紧随其后的值（Vr），则对该紧随其后的值（Vr）应用前述三个步骤；以及，

-构成压缩值（Va,...,VCp,VCq,VCr,...,VCz）的压缩序列（SC），每一个压缩值对应于各自的初始值（Va,...,Vp,Vq,Vr,...,Vz）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，压缩值被取整到最接近的整数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在压缩值上保留所述差的符号（如果Dq<0，那么VCq<0，如果Dq>0，那么VCq>0）。

4.根据权利要求1到3中的任一个所述的方法，其中，互补压缩函数（f）是n次根函数，其中n>l。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，互补压缩函数（f）是“平方根”函数。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，互补压缩函数（f）是“立方根”函数。

7.根据权利要求1到3中的任一个所述的方法，其中，互补压缩函数（f）是除以常数C的除式，其中C>1。

8.一种用于解压缩使用根据权利要求1到7中的任一个所述的方法压缩的数字值的序列（VCa...,VCp,VCq,VCr,...,VCz）的方法，其特征在于，对于该压缩的序列的第一压缩值（VCa），解压缩值（VDa）等于所述第一压缩值（VCa=Va），然后，对于每一个当前压缩值（VCq），依次执行下列步骤：

-通过对当前压缩值（VCq）应用互补压缩函数（f）的逆函数，然后与前面的解压缩值（VDp）相加，计算相对应的解压缩值（VDq=f^-1[VCq]+VDp）；然后，

-如果存在一个紧随其后的值（VCr），则对该紧随其后的值（VCr）应用前述步骤；以及，

-构成解压缩值（Va,...,VDp,VDq,VDr,...,VDz）的解压缩序列（S2,S4），每一个解压缩值对应于各自的初始值（Va,...,Vp,Vq,Vr,...,Vz）。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述逆函数（f^-1）保留压缩值的符号（如果VCq<0，那么f^-1（VCq）<0，如果VCq>0，那么f^-1(VCq)>0）。

Images