CN108810548A - 一种二值图像的压缩和解压缩方法 - Google Patents

一种二值图像的压缩和解压缩方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二值图像的压缩和解压缩方法，该方法通过将二值图像的8个像素值加载到寄存器中，寄存器包括8个字节D0‑D7；然后通过8个字节D0‑D7进行逻辑操作、交织存储以及转置等等，对二值图像进行压缩。本发明公开的二值图像的压缩和解压缩方法，压缩之后的数据不仅可以作为传输和保存之用，还可用作二值图像处理(腐蚀膨胀，细化，平滑等)的输入数据；既可以节省内存空间，也能有效利用像素的真实表示数据，压缩比可达到5.333‑8。

Description

一种二值图像的压缩和解压缩方法
技术领域
本发明涉及图像编解码技术领域，尤其涉及一种二值图像的压缩和解压缩方法。
背景技术
二值图像(Binary Image)，是每个像素只有两个可能值(分别表示为“0”和“1”)的数字图像。人们经常用黑白、单色图像表示二值图像，但是也可以用来表示每个像素只有一个采样值的任何图像，例如灰度图像、色度图像等。常见的文本文档和扫描文档就是典型的二值图像。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：很多时候需要对二值图像进行处理，如平滑、膨胀、腐蚀、细化、边缘检测、轮廓检测等等，如果直接对二值图像像素值进行操作，既浪费内存又没有充分利用寄存器；另外，在二值图像传输和保存中，如果直接传输保存原二值图像，那么会造成数据冗余、效率低下。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种二值图像的压缩和解压缩方法，旨在解决现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供一种二值图像的压缩方法，所述方法包括步骤：
S1、将二值图像的8个像素值加载到寄存器中，所述寄存器包括8个字节D0-D7；
将所述寄存器D0-D7的对应位置的0或1保留下来，把剩余位全部置0；
所述寄存器的D0与D1、D2与D3、D4与D5、D6与D7分别进行交织存储；
对交织存储后的D0-D3、D4-D7进行16位转置；
对16位转置后的D0-D3进行逻辑或操作得到D0，及对16位转置后的D4-D7进行逻辑或操作得到D4；
对D0′和D4′分别进行32位转置；
将32位转置后的D0′和D4′进行逻辑或操作得到D0″，D0″即为二值图像的8个像素值压缩后的像素值；
S2、重复步骤S1，直至二值图像的所有像素值都加载到寄存器中并进行压缩。
进一步地，所述步骤将所述寄存器D0-D7的对应位置的0或1保留下来，把剩余位全部置0包括：
若所述二值图像的分辨率为n*m,且m为64的倍数，则将所述寄存器的8个字节D0-D7与预设值{0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01}进行逻辑与操作；
若所述二值图像的分辨率为n*m,且m不为64的倍数(即m＝k*64+u，k、u为正整数)，则将所述寄存器的8个字节D0-D7与预设值{0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01}进行逻辑与操作；且将第k*64+u+1至第(k+1)*64像素值置0且加载到寄存器中时，将所述寄存器的8个字节D0-D7与预设值0xfffffc0000000000进行逻辑与操作。
进一步地，所述步骤对16位转置后的D0-D3进行逻辑或操作得到D0，及对16位转置后的D4-D7进行逻辑或操作得到D4包括：
对16位转置后的[D0，D1]与[D2，D3]进行逻辑或操作，得到逻辑或操作后的[D0，D1]；对16位转置后的[D4，D5]与[D6，D7]进行逻辑或操作，得到逻辑或操作后的[D4，D5]；
对逻辑或操作后的D0与D1进行逻辑或操作，得到D0；对逻辑或操作后的D4与D5进行逻辑或操作，得到D4。
进一步地，所述方法还包括步骤：
S3、对压缩后的二值图像进行编码处理。
进一步地，所述二值图像包括文本文档、扫描文档或者传真文档。
此外，为实现上述目的，本发明实施例第二方面提供一种二值图像的解压缩方法，所述方法包括步骤：
S10、将压缩后二值图像的8个像素值加载到具有8个通道的向量uint8x8_t中；
S11、将所述向量uint8x8_t的第一个通道的值复制到其他7个通道中；
将所述向量uint8x8_t与预设值mask进行逻辑与操作，其中预设值mask1＝{0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01}；
计算逻辑与操作后的向量uint8x8_t中每一个通道的1的个数并填入相应的通道中；
将所述向量uint8x8_t与预设值0xff相乘，得到所述向量uint8x8_t的第一个通道的解压缩后的像素值；
S12、与步骤S11类似的，得到所述向量uint8x8_t的第二个通道至第8个通道的解压缩后的像素值；
S13、重复步骤S10-S12，直至二值图像的所有压缩的像素值得到解压缩。
进一步地，所述步骤S10之前还包括步骤：
对压缩后的二值图像进行解码处理。
进一步地，所述二值图像包括文本文档、扫描文档或者传真文档。
进一步地，若所述二值图像的分辨率为n*m,且m不为64的倍数(即m＝k*64+u，k、u为正整数)，删除每一行中的第k*64+u+1至第(k+1)*64像素值。
本发明实施例提供的二值图像的压缩和解压缩方法，压缩之后的数据不仅可以作为传输和保存之用，还可用作二值图像处理(腐蚀膨胀，细化，平滑等)的输入数据；既可以节省内存空间，也能有效利用像素的真实表示数据，压缩比可达到5.333-8。
附图说明
图1为本发明实施例提供的二值图像的压缩方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的二值图像的解压缩方法流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现在将参考附图描述实现本发明各个实施例的。在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1所示，本发明第一实施例提供的一种二值图像的压缩方法，该方法包括步骤：
S1、将二值图像的8个像素值加载到寄存器中，所述寄存器包括8个字节D0-D7；
将寄存器D0-D7的对应位置的0或1保留下来，把剩余位全部置0；
寄存器的D0与D1、D2与D3、D4与D5、D6与D7分别进行交织存储；
对交织存储后的D0-D3、D4-D7进行16位转置；
对16位转置后的D0-D3进行逻辑或操作得到D0，及对16位转置后的D4-D7进行逻辑或操作得到D4；
对D0′和D4′分别进行32位转置；
将32位转置后的D0′和D4′进行逻辑或操作得到D0″，D0″即为二值图像的8个像素值压缩后的像素值。
具体地，可通过opencv的mat获得二值图像的数据，然后将opencv的mat转换为uint8_t的数据，以行作为循环单元进行处理。
若二值图像的分辨率为n*m,且m为64的倍数，可依次把8个uint8_t的像素值加载到NEON的一个64bit的寄存器，按顺序存放在D0-D7中,D0-D3可如下表格所示(D4-D7与此类似)：
上面表格的每一个格子都存放着一个uint8_t的数，其中0-31表示数据的下标，由于二值图像的每一个像素值为255或者0，对应于二进制11111111和00000000，64位寄存器的D0-D7分别和mask[8]＝{0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01}进行与操作(&)即可把对应位置的0或1保留下来，把剩余位全部置0。例如：连续的8个像素值{255，0，255，255，255，0，0，255}和mask相与会变成：
255 0 255 255 255 0 0 255
11111111 00000000 11111111 11111111 11111111 00000000 00000000 11111111
将寄存器的D0与D1、D2与D3、D4与D5、D6与D7分别进行交织存储；交织存储后的D0-D3如下表格所示(D4-D7与此类似)：
对交织存储后的D0-D3、D4-D7进行16位转置；16位转置后的D0-D3如下表格所示(D4-D7与此类似)：
对16位转置后的[D0，D1]与[D2，D3]进行逻辑或操作，得到逻辑或操作后的[D0，D1]；对16位转置后的[D4，D5]与[D6，D7]进行逻辑或操作，得到逻辑或操作后的[D4，D5]；逻辑或操作后的[D0，D1]如下表格所示([D4，D5]与此类似)：
对逻辑或操作后的D0与D1进行逻辑或操作，得到D0；对逻辑或操作后的D4与D5进行逻辑或操作，得到D4。D0如下表格所示(D4与此类似)：
对D0′和D4′分别进行32位转置；
将32位转置后的D0′和D4′进行逻辑或操作得到D0″，D0″即为二值图像的8个像素值压缩后的像素值。D0″如下表格所示
若二值图像的分辨率为n*m,且m不为64的倍数(即m＝k*64+u，k、u为正整数)，与上不同的是，将寄存器的8个字节D0-D7与预设值{0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01}进行逻辑与操作；且将第k*64+u+1至第(k+1)*64像素值置0且加载到寄存器中时，将寄存器的8个字节D0-D7与预设值0xfffffc0000000000进行逻辑与操作。
S2、重复步骤S1，直至二值图像的所有像素值都加载到寄存器中并进行压缩。
进一步地，该方法还包括步骤(图中未示出)：
S3、对压缩后的二值图像进行编码处理。
在本实施例中，编码处理可以是霍夫曼编码或游程编码。编码处理后的压缩比将更高。
在本实施例中，二值图像可包括文本文档、扫描文档或者传真文档。
参照图2，与压缩对应的本发明第二实施例提供一种二值图像的解压缩方法，该方法包括步骤：
S10、将压缩后二值图像的8个像素值加载到具有8个通道的向量uint8x8_t中；
S11、将向量uint8x8_t的第一个通道的值复制到其他7个通道中；
将向量uint8x8_t与预设值mask进行逻辑与操作，其中预设值mask1＝{0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01}；
计算逻辑与操作后的向量uint8x8_t中每一个通道的1的个数并填入相应的通道中；
将向量uint8x8_t与预设值0xff相乘，得到向量uint8x8_t的第一个通道的解压缩后的像素值。
作为示例的，将压缩后二值图像的8个像素值加载到具有8个通道的向量uint8x8_t中可如下表格所示：
将向量uint8x8_t的第一个通道的值复制到其他7个通道中；如下表格所示：
将向量uint8x8_t与预设值mask进行逻辑与操作，其中预设值mask1＝{0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01}；如下表格所示：
计算逻辑与操作后的向量uint8x8_t中每一个通道的1的个数并填入相应的通道中；如下表格所示：
将向量uint8x8_t与预设值0xff相乘，得到向量uint8x8_t的第一个通道的解压缩后的像素值，如下表格所示：
S12、与步骤S11类似的，得到向量uint8x8_t的第二个通道至第8个通道的解压缩后的像素值；
S13、重复步骤S10-S12，直至二值图像的所有压缩的像素值得到解压缩。
在本实施例中，若二值图像的分辨率为n*m,且m不为64的倍数(即m＝k*64+u，k、u为正整数)，可删除每一行中的第k*64+u+1至第(k+1)*64像素值。
进一步地，步骤S10之前还可包括步骤：(图中未示出)：
对压缩后的二值图像进行解码处理。
在本实施例中，二值图像可包括文本文档、扫描文档或者传真文档。
本发明实施例提供的二值图像的压缩和解压缩方法，压缩之后的数据不仅可以作为传输和保存之用，还可用作二值图像处理(腐蚀膨胀，细化，平滑等)的输入数据；既可以节省内存空间，也能有效利用像素的真实表示数据，压缩比可达到5.333-8。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种二值图像的压缩方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
S1、将二值图像的8个像素值加载到寄存器中，所述寄存器包括8个字节D0-D7；
将所述寄存器D0-D7的对应位置的0或1保留下来，把剩余位全部置0；
所述寄存器的D0与D1、D2与D3、D4与D5、D6与D7分别进行交织存储；
对交织存储后的D0-D3、D4-D7进行16位转置；
对16位转置后的D0-D3进行逻辑或操作得到D0，及对16位转置后的D4-D7进行逻辑或操作得到D4；
对D0和D4分别进行32位转置；
将32位转置后的D0′和D4′进行逻辑或操作得到D0″，D0″即为二值图像的8个像素值压缩后的像素值；
S2、重复步骤S1，直至二值图像的所有像素值都加载到寄存器中并进行压缩。
2.根据权利要求1所述的一种二值图像的压缩方法，其特征在于，所述步骤将所述寄存器D0-D7的对应位置的0或1保留下来，把剩余位全部置0包括：
若所述二值图像的分辨率为n*m,且m为64的倍数，则将所述寄存器的8个字节D0-D7与预设值{0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01}进行逻辑与操作；
若所述二值图像的分辨率为n*m,且m不为64的倍数(即m＝k*64+u，k、u为正整数)，则将所述寄存器的8个字节D0-D7与预设值{0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01}进行逻辑与操作；且将第k*64+u+1至第(k+1)*64像素值置0且加载到寄存器中时，将所述寄存器的8个字节D0-D7与预设值0xfffffc0000000000进行逻辑与操作。
3.根据权利要求1所述的一种二值图像的压缩方法，其特征在于，所述步骤对16位转置后的D0-D3进行逻辑或操作得到D0，及对16位转置后的D4-D7进行逻辑或操作得到D4包括：
对16位转置后的[D0，D1]与[D2，D3]进行逻辑或操作，得到逻辑或操作后的[D0，D1]；对16位转置后的[D4，D5]与[D6，D7]进行逻辑或操作，得到逻辑或操作后的[D4，D5]；
对逻辑或操作后的D0与D1进行逻辑或操作，得到D0；对逻辑或操作后的D4与D5进行逻辑或操作，得到D4。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种二值图像的压缩方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
S3、对压缩后的二值图像进行编码处理。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种二值图像的压缩方法，其特征在于，所述二值图像包括文本文档、扫描文档或者传真文档。
6.一种二值图像的解压缩方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
S10、将压缩后二值图像的8个像素值加载到具有8个通道的向量uint8x8_t中；
S11、将所述向量uint8x8_t的第一个通道的值复制到其他7个通道中；
将所述向量uint8x8_t与预设值mask进行逻辑与操作，其中预设值mask1＝{0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01}；
计算逻辑与操作后的向量uint8x8_t中每一个通道的1的个数并填入相应的通道中；
将所述向量uint8x8_t与预设值0xff相乘，得到所述向量uint8x8_t的第一个通道的解压缩后的像素值；
S12、与步骤S11类似的，得到所述向量uint8x8_t的第二个通道至第8个通道的解压缩后的像素值；
S13、重复步骤S10-S12，直至二值图像的所有压缩的像素值得到解压缩。
7.根据权利要求6所述的一种二值图像的解压缩方法，其特征在于，所述步骤S10之前还包括步骤：
对压缩后的二值图像进行解码处理。
8.根据权利要求6所述的一种二值图像的解压缩方法，其特征在于，所述二值图像包括文本文档、扫描文档或者传真文档。
9.根据权利要求6所述的一种二值图像的解压缩方法，其特征在于，若所述二值图像的分辨率为n*m,且m不为64的倍数(即m＝k*64+u，k、u为正整数)，删除每一行中的第k*64+u+1至第(k+1)*64像素值。
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