CN107659815A - 图像解压方法及执行其的装置 - Google Patents

Abstract

图像解压方法及执行其的装置，其中，图像解压方法以一帧图像中第一行的原始像素数据作为初始的基准数据，包括以下步骤：步骤1、读取并判断一帧图像压缩后第i行中的每一个压缩像素数据是否在预设的阈值范围内；若是，则将该压缩像素数据与基准数据中相同地址的数据相加；若否，则读取与该压缩像素数据的像素地址对应的非压缩像素数据，以将其与基准数据中相同地址的数据相加；步骤2、判断i值是否与所述一帧图像中的总行数相等；若是，则完成一帧图像的解压；若否，则设定i＝i+1，返回步骤1；其中设定i的初始值为2。本发明提出的图像解压方法层次简单、意义明确、实现容易，可以快速实现针对特定压缩数据流的图像无损恢复和重建。

Description

图像解压方法及执行其的装置

技术领域

本发明属于图像信息处理技术领域，更具体的涉及一种图像解压方法及执行其的装置。

背景技术

图像传感器目前已广泛应用于科学研究，工业生产，医疗卫生，国防军事等各个领域。随着图像分辨率及图像帧率的不断提升，人类得以观察到更加细微的物体特征，或者更为短暂的物理现象，从而极大的丰富了人类的观测手段，提高了人类的认知水平。

然而随着图像性能参数的迅速提升，同时也带来了图像数据量和数据传输带宽成倍增长的巨大挑战。海量的图像数据和超高数据传输带宽，为后续的图像传输、存储及处理都带来了一系列技术难题。

发明内容

基于以上问题，本发明的主要目的在于提出一种图像解压方法及执行其的装置，用于解决以上技术问题的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提出一种图像解压方法，用于解压压缩编码的数据流，该数据流中包括每帧图像第一行的原始像素数据，后续每一行的压缩像素数据和非压缩像素数据，该解压方法以每帧图像中第一行的原始像素数据作为初始的基准数据，包括以下步骤：步骤1、读取并判断一帧图像压缩后第i行中的每一个压缩像素数据是否在预设的阈值范围内；若是，则将该压缩像素数据与基准数据中相同地址的数据相加，并用相加得到的数据更新所述基准数据；若否，则读取与该压缩像素数据的像素地址对应的非压缩像素数据，以将其与基准数据中相同地址的数据相加，并用相加得到的数据更新基准数据；更新得到的基准数据即为该第i行的解压数据；步骤2、判断i值是否与所述一帧图像中的总行数相等；若是，则完成所述一帧图像的解压；若否，则设定i＝i+1，返回步骤1；步骤3、判断所述数据流中是否还有其他帧图像的数据，若有，则以另一帧图像中第一行的原始像素数据作为初始的基准数据，返回进行步骤1；若否，则完成图像解压；其中设定i的初始值为2。

在本发明的一些实施例中，上述步骤1具体包括以下步骤：步骤11、判断一帧图像压缩后第i行中的第j个压缩像素数据是否在预设的阈值范围内，若是，则将该第j个压缩像素数据与基准数据中相同地址的数据相加，并用相加得到的数据更新基准数据；若否，则将该第j个压缩像素数据的像素地址存储；步骤12、判断j值是否与第i行的总像素个数相等，若是，则进行步骤13；若否，则设置j＝j+1，返回步骤11；步骤13、读取与存储的像素地址中任一个相匹配的非压缩像素数据，并将该非压缩像素数据与基准数据中相同像素地址的数据相加，并用相加得到的数据更新基准数据，同时清除该像素地址；步骤14、判断是否还有存储的像素地址，若有，则返回步骤13，若无，则以更新的基准数据作为该第i行的解压数据；其中，设定j的初始值为1。

在本发明的一些实施例中，在上述步骤1之前，还包括以下步骤：对压缩编码的数据流进行检测，当检测到预设的对齐编码时，产生触发脉冲，开始进行图像解压。

为了实现上述目的，作为本发明的另一个方面，提出一种图像解压装置，用于执行上述的图像解压方法，包括：行解压处理模块，用于执行步骤1至3。

在本发明的一些实施例中，上述图像解压装置还包括：数据包帧头检测模块，用于对压缩编码的数据流进行检测，当检测到预设的对齐编码时，产生触发脉冲，以触发行解压处理模块执行步骤1至3；输出数据缓存模块，用于输出每帧图像中每一行的解压数据。

在本发明的一些实施例中，上述行解压处理模块包括：图像行数据缓存器，用于存储基准数据，并接收加法器输出的数据，以更新基准数据；比较器，用于判断每一帧图像压缩后第i行中的每一个压缩像素数据是否在预设的阈值范围内，若是，则将判断的该像素数据传输至加法器；若否，则将判断的该压缩像素数据的像素地址输出至OV地址寄存器；加法器，用于将得到的压缩像素数据与基准数据中相同地址的数据相加，并将相加结果输出至图像行数据缓存器；OV地址寄存器，用于存储比较器输出的压缩像素数据的像素地址。

在本发明的一些实施例中，上述行解压处理模块还包括：数据流读取控制器，用于依次读取每一帧图像压缩后第i行的每一压缩像素数据；并将读取的每一压缩像素数据传输至比较器；还用于读取与OV地址寄存器中存储的任一像素地址相匹配的非压缩像素数据，并将该非压缩像素数据传输至加法器；上述加法器还用于将得到的非压缩像素数据与基准数据中相同地址的数据相加，并将相加结果输出至图像行数据缓存器，以更新基准数据。

在本发明的一些实施例中，上述行解压处理模块还包括：数据流写入控制器，用于将图像行数据缓存器中的基准数据每完成所有数据的更新后写入输出数据缓存模块，以依次输出每帧图像中每一行的解压数据。

在本发明的一些实施例中，上述行解压处理模块还包括行计数器，与数据流写入控制器连接，用于记录数据流写入控制器将基准数据写入输出数据缓存模块的次数，该行计数器为循环计数器，其最大范围与每帧图像中包含的总行数相等；数据计数器，与数据流读取控制器连接，用于记录数据流读取控制器传输至比较器的像素数据个数，该数据计数器为循环计数器，其最大范围与每帧图像中每行包含的像素数据的总个数相等。

在本发明的一些实施例中，上述行解压处理模块还包括：解压控制器，与数据包帧头检测模块连接，用于响应于触发脉冲，并接收数据计数器、OV地址存储器及行计数器的反馈信号，控制行解压处理模块中其他器件的工作；还用于输入预设的阈值，并将该预设的阈值传输至比较器。

在本发明的一些实施例中，上述图像解压装置，还包括：输入数据缓存模块，与数据流读取控制器连接，用于缓存输入的数据流，以供数据流读取控制器读取。

本发明提出的图像解压方法及执行其的装置，具有以下有益效果：

1、提出的图像解压方法层次简单、意义明确、实现容易，可以快速实现针对特定压缩数据流的图像无损恢复和重建；

2、实际处理中按照‘图像行’进行处理，利于复制多个相似的实现结构，展开进行多级流水操作，从而提高解压缩速度；

3、由于图像对齐编码和第一行原始图像数据的存在，解压缩容错率高，且每一帧图像可单独处理，因此，即使在图像解压过程中出现数据错误，也不影响下一帧图像重建。

附图说明

图1是本发明一实施例提出的图像解压方法中输入的压缩数据流数据段的构成示意图；

图2是本发明一实施例提出的图像解压装置的构成框图；

图3是本发明一实施例提出的图像解压方法中各状态机制的转移示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明的目的在于针对先前提出的能够实时处理高数据带宽、极大的降低传输、存储难度的图像无损压缩方法，提出一种相应的图像解压方法及执行其的装置，以用于无损的重建图像，供后续研究和实际使用。

具体的，本发明提出一种图像解压方法，用于解压压缩编码的数据流，该数据流中包括每帧图像第一行的原始像素数据，后续每一行的压缩像素数据和非压缩像素数据，该解压方法以每帧图像中第一行的原始像素数据作为初始的基准数据，包括以下步骤：步骤1、读取并判断一帧图像压缩后第i行中的每一个压缩像素数据是否在预设的阈值范围内；若是，则将该压缩像素数据与基准数据中相同地址的数据相加，并用相加得到的数据更新所述基准数据；若否，则读取与该压缩像素数据的像素地址对应的非压缩像素数据，以将其与基准数据中相同地址的数据相加，并用相加得到的数据更新基准数据；更新得到的基准数据即为该第i行的解压数据；步骤2、判断i值是否与所述一帧图像中的总行数相等；若是，则完成所述一帧图像的解压；若否，则设定i＝i+1，返回步骤1；步骤3、判断所述数据流中是否还有其他帧图像的数据，若有，则以另一帧图像中第一行的原始像素数据作为初始的基准数据，返回进行步骤1；若否，则完成图像解压；其中设定i的初始值为2。

因此，本发明的图像解压方法中，其实际处理按照‘图像行’进行处理，利于复制多个相似的实现结构，展开进行多级流水操作，从而提高解压缩速度，且，采用本发明的图像解压方法，可单独处理每一帧图像，即使在图像解压过程中出现数据错误，也不影响下一帧图像重建。

其中，上述步骤1具体包括以下步骤：步骤11、判断一帧图像压缩后第i行中的第j个压缩像素数据是否在预设的阈值范围内，若是，则将该第j个压缩像素数据与基准数据中相同地址的数据相加，并用相加得到的数据更新基准数据；若否，则将该第j个压缩像素数据的像素地址存储；步骤12、判断j值是否与第i行的总像素个数相等，若是，则进行步骤13；若否，则设置j＝j+1，返回步骤11；步骤13、读取与存储的像素地址中任一个相匹配的非压缩像素数据，并将该非压缩像素数据与基准数据中相同像素地址的数据相加，并用相加得到的数据更新基准数据，同时清除该像素地址；步骤14、判断是否还有存储的像素地址，若有，则返回步骤13，若无，则以更新的基准数据作为该第i行的解压数据；其中，设定j的初始值为1。

由此可看出，本发明提出的图像解压方法层次简单、意义明确、实现容易，可以快速实现针对特定压缩数据流的图像无损恢复和重建。

在本发明的一些实施例中，在上述步骤1之前，还包括以下步骤：对压缩编码的数据流进行检测，当检测到预设的对齐编码时，产生触发脉冲，开始进行图像解压。则由于图像对齐编码和第一行原始图像数据的存在，解压缩容错率高。

为了实现上述目的，作为本发明的另一个方面，提出一种图像解压装置，用于执行上述的图像解压方法，包括：行解压处理模块，用于执行步骤1至3。

在本发明的一些实施例中，上述图像解压装置还包括：数据包帧头检测模块，用于对压缩编码的数据流进行检测，当检测到预设的对齐编码时，产生触发脉冲，以触发行解压处理模块执行步骤1至3；输出数据缓存模块，用于输出每帧图像中每一行的解压数据。

在本发明的一些实施例中，上述行解压处理模块包括：图像行数据缓存器，用于存储基准数据，并接收加法器输出的数据，以更新基准数据；比较器，用于判断每一帧图像压缩后第i行中的每一个压缩像素数据是否在预设的阈值范围内，若是，则将判断的该像素数据传输至加法器；若否，则将判断的该压缩像素数据的像素地址输出至OV地址寄存器；加法器，用于将得到的压缩像素数据与基准数据中相同地址的数据相加，并将相加结果输出至图像行数据缓存器；OV地址寄存器，用于存储比较器输出的压缩像素数据的像素地址。

在本发明的一些实施例中，上述行解压处理模块还包括：数据流读取控制器，用于依次读取每一帧图像压缩后第i行的每一压缩像素数据；并将读取的每一压缩像素数据传输至比较器；还用于读取与OV地址寄存器中存储的任一像素地址相匹配的非压缩像素数据，并将该非压缩像素数据传输至加法器；上述加法器还用于将得到的非压缩像素数据与基准数据中相同地址的数据相加，并将相加结果输出至图像行数据缓存器，以更新基准数据。

在本发明的一些实施例中，上述行解压处理模块还包括：数据流写入控制器，用于将图像行数据缓存器中的基准数据每完成所有数据的更新后写入输出数据缓存模块，以依次输出每帧图像中每一行的解压数据；行计数器，与数据流写入控制器连接，用于记录数据流写入控制器将基准数据写入输出数据缓存模块的次数，该行计数器为循环计数器，其最大范围与每帧图像中包含的总行数相等；数据计数器，与数据流读取控制器连接，用于记录数据流读取控制器传输至比较器的像素数据个数，该数据计数器为循环计数器，其最大范围与每帧图像中每行包含的像素数据的总个数相等。

在本发明的一些实施例中，上述行解压处理模块还包括：解压控制器，与数据包帧头检测模块连接，用于响应于触发脉冲，并接收数据计数器、OV地址存储器及行计数器的反馈信号，控制行解压处理模块中其他器件的工作；还用于输入预设的阈值，并将该预设的阈值传输至比较器。

在本发明的一些实施例中，上述图像解压装置，还包括：输入数据缓存模块，与数据流读取控制器连接，用于缓存输入的数据流，以供数据流读取控制器读取。

具体的，在本发明的一些实施例中，提出一种图像解压缩方法，处理的图像压缩数据流，如图1所示，从数据结构上可分为4个数据段：

数据段1：对齐编码数据段；

数据段2：原始图像行数据段；

数据段3：图像行可压缩编码数据段；

数据段4：图像行不可压缩编码数据段。

其中数据段1、数据段2在一帧图像的压缩数据流中，仅出现一次；数据段3、数据段4则交替循环出现，直到下一帧图像开始。且数据段3、数据段4由以下公式产生，其中数据段3实际为公式(1)中B(p，l，f)的计算结果，数据段4实际为公式(2)中O(p，l，f)的计算结果：

其中：

δ(p，l，f)＝gray(p，l，f)-gray(p，l-1，f)； (3)

上述公式中，p、l、f分别满足条件1≤p≤M，L_dark+1＜l≤N，f≥1，其中TH＝2^k-1(0＜k＜R)，gray(p，l，f)为输入像素的灰度函数，p为像素序号，l为图像行序号，f为图像帧序号，M为图像宽度，N为图像高度，R为像素的量化位宽，L_dark为暗像素行行高。δ(p，l，f)表示残差，B(p，l，f)与O(p，l，f)分别代表残差编码的标示值与溢出值，TH为预设阈值，binK_{(δ(p，l，f))}、binK_(TH)以及binK_(-(TH+1))分别表示残差的K比特有符号自然二进制码、TH的K比特有符号自然二进制码；-(TH+1)的K比特有符号自然二进制码；binR_{(δ(p，l，f))}为残差的R比特有符号自然二进制码。

本实施例的图像解压方法采用如图2所示的图像解压装置，且针对上述数据结构，本实施例按照图3所示的状态机制转移图有序工作，该图像解压方法具体如下：

状态1、针对数据段1，使用数据包帧头(SOF)检测模块对输入数据流进行扫描，若未发现预设的对齐编码，则继续搜索检测；若发现事先设定的对齐编码则产生触发脉冲，该触发脉冲启动行解压处理模块的解压控制器，开始进入解压模式；(此处对齐编码为事先设置的设定值或约定值，如：一行像素值全部为0xFFFF，下一行像素值全为0x0000，即该对齐编码为诸如此类连续相邻两行之间灰度值巨大突变的数据。)

状态2、针对数据段2，解压控制器启动数据流读取控制器、数据计数器，将读取的数据依次写入图像行数据缓存器中。当数据计数器记录的数值为一帧图像的一行所需的像素个数后，解压控制器启动数据流写入控制器，将图像行数据缓存器中的数据写入输出数据缓存模块，开始输出，从而获得完整的一行原始图像数据。数据流写入控制器输出完毕的同时产生一个脉冲，启动行计数器加1，标示一行数据处理完成，并转入下一个状态。

状态3、针对数据段3，解压控制器启动数据流读取控制器、比较器及数据计数器，将读入的数据与设定的阈值进行比较。如在阈值表示范围内，则触发加法器，将图像行数据缓存器中的数据和当前读入的数据求和，再将计算结果写入图像行数据缓存器中，以更新图像行数据缓存器中缓存的基准数据。此步骤实现了公式(3)中一种情况的逆过程(即，当前行像素值与相邻上一行对应像素值的差异，在设定的阈值以内的情况)，即根据读入数据B(p，l，f)和图像行数据缓存器中gray(p，l-1，f)，求解得到gray(p，l，f)。如果在阈值表示范围以外，则触发OV地址寄存器，将当前像素地址写入该OV地址寄存器。当数据计数器计满了一帧图像中一行所需的像素个数后，转入下一个状态。

状态4、针对数据段4，解压控制器检索OV地址寄存器中存储的像素地址，读出该寄存器中存储的、上一状态中判定的阈值表示范围外所对应的任一像素地址，并将此时数据流读取控制器获得的与该像素地址相对应的非压缩像素数据，与图像行数据缓存器中相同地址的像素数据交由加法器计算，计算结果写回到图像行数据缓存器的相应地址，并相应的清除OV地址寄存器中存储的该像素地址，以避免重复处理。此步骤实现了δ(p，l，f)＝gray(p，l，f)-gray(p，l-1，f)中另一种情况的逆过程(即，当前行像素值与相邻上一行对应像素值的差异，在设定的阈值以外的情况)，即根据读入数据O(p，l，f)和图像行数据缓存中的gray(p，l-1，f)求得了gray(p，l，f)。当扫描完OV地址寄存器中所有的像素地址后，解压控制器启动数据流写入控制器，将图像行数据缓存器中完成更新的数据写入输出数据缓存模块，开始输出解压完的新一行数据，由此获得解压完毕的新一行。数据流写入控制器输出完毕的同时产生一个脉冲，启动行计数器加1，标示一行数据处理完成。

状态5、解压控制器扫描行计数器是否达到图像高度(或图像行数)，否，则反复进行状态3和状态4的操作；是，则返回到状态1，重新检索下一帧图像。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种图像解压方法，用于解压压缩编码的数据流，该数据流中包括每帧图像第一行的原始像素数据、后续每一行的压缩像素数据和非压缩像素数据；该解压方法以每帧图像中第一行的原始像素数据作为初始的基准数据，包括以下步骤：

步骤1、读取并判断一帧图像压缩后第i行中的每一个压缩像素数据是否在预设的阈值范围内；若是，则将该压缩像素数据与基准数据中相同地址的数据相加，并用相加得到的数据更新所述基准数据；若否，则读取与该压缩像素数据的像素地址对应的非压缩像素数据，以将其与基准数据中相同地址的数据相加，并用相加得到的数据更新所述基准数据；更新得到的基准数据即为该第i行的解压数据；

步骤2、判断i值是否与所述一帧图像中的总行数相等；若是，则完成所述一帧图像的解压；若否，则设定i＝i+1，返回步骤1；

步骤3、判断所述数据流中是否还有其他帧图像的数据，若有，则以另一帧图像中第一行的原始像素数据作为初始的基准数据，返回进行步骤1；若否，则完成所述图像解压；

其中设定i的初始值为2。

2.根据权利要求1所述的图像解压方法，其中，所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤11、判断一帧图像压缩后第i行中的第j个压缩像素数据是否在预设的阈值范围内，若是，则将该第j个压缩像素数据与基准数据中相同地址的数据相加，并用相加得到的数据更新所述基准数据；若否，则将该第j个压缩像素数据的像素地址存储；

步骤12、判断所述j值是否与第i行的总像素个数相等，若是，则进行步骤13；若否，则设置j＝j+1，返回步骤11；

步骤13、读取与存储的像素地址中任一个相匹配的非压缩像素数据，并将该非压缩像素数据与所述基准数据中相同像素地址的数据相加，并用相加得到的数据更新所述基准数据，同时清除该像素地址；

步骤14、判断是否还有存储的像素地址，若有，则返回步骤13，若无，则以更新后的基准数据作为该第i行的解压数据；

其中，设定j的初始值为1。

3.根据权利要求2所述的图像解压方法，其中，在所述步骤1之前，还包括以下步骤：

对压缩编码的数据流进行检测，当检测到预设的对齐编码时，产生触发脉冲，开始进行图像解压。

4.一种图像解压装置，用于执行权利要求1至3中任一项所述的图像解压方法，包括：

行解压处理模块，用于执行步骤1至3。

5.根据权利要求4所述的图像解压装置，还包括：

数据包帧头检测模块，用于对所述压缩编码的数据流进行检测，当检测到预设的对齐编码时，产生触发脉冲，以触发所述行解压处理模块执行步骤1至3；

输出数据缓存模块，用于输出每帧图像中每一行的解压数据。

6.根据权利要求4所述的图像解压装置，其中，所述行解压处理模块包括：

图像行数据缓存器，用于存储所述基准数据，并接收加法器输出的数据，以更新所述基准数据；

比较器，用于判断所述每一帧图像压缩后第i行中的每一个压缩像素数据是否在预设的阈值范围内，若是，则将判断的该像素数据传输至加法器；若否，则将判断的该压缩像素数据的像素地址输出至OV地址寄存器；

加法器，用于将得到的压缩像素数据与基准数据中相同地址的数据相加，并将相加结果输出至图像行数据缓存器；

OV地址寄存器，用于存储比较器输出的压缩像素数据的像素地址。

7.根据权利要求6所述的图像解压装置，其中，所述行解压处理模块还包括：

数据流读取控制器，用于依次读取每一帧图像压缩后第i行的每一压缩像素数据；并将读取的每一压缩像素数据传输至所述比较器；还用于读取与OV地址寄存器中存储的任一像素地址相匹配的非压缩像素数据，并将该非压缩像素数据传输至加法器；

所述加法器，还用于将得到的非压缩像素数据与基准数据中相同地址的数据相加，并将相加结果输出至图像行数据缓存器，以更新所述基准数据。

8.根据权利要求7中所述的图像解压装置，其中，所述行解压处理模块还包括：

数据流写入控制器，用于将所述图像行数据缓存器中的基准数据每完成所有数据的更新后写入所述输出数据缓存模块，以依次输出每帧图像中每一行的解压数据；

行计数器，与所述数据流写入控制器连接，用于记录数据流写入控制器将所述基准数据写入输出数据缓存模块的次数，该行计数器为循环计数器，其最大范围与每帧图像中包含的总行数相等；

数据计数器，与所述数据流读取控制器连接，用于记录数据流读取控制器传输至比较器的像素数据个数，该数据计数器为循环计数器，其最大范围与每帧图像中每行包含的像素数据的总个数相等。

9.根据权利要求8所述的图像解压装置，其中，所述行解压处理模块还包括：

解压控制器，与所述数据包帧头检测模块连接，用于响应于所述触发脉冲，并接收所述数据计数器、OV地址存储器及行计数器的反馈信号，控制所述行解压处理模块中其他器件的工作；还用于输入预设的阈值，并将该预设的阈值传输至所述比较器。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的图像解压装置，还包括：

输入数据缓存模块，与所述数据流读取控制器连接，用于缓存输入的数据流，以供所述数据流读取控制器读取。