CN110505484A - 数据压缩装置及压缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数据压缩装置及压缩方法，该数据压缩装置包括量化表处理单元和量化单元，量化表处理单元用于根据目标压缩率确定目标量化表，目标量化表内的量化系数使得数据失真率与压缩率满足预设条件，量化单元用于使用所述目标量化表对预处理后的数据进行量化压缩处理。通过对不同的数据构造不同的量化表，在满足压缩率的基础上，极大可能地减小了失真率，缓解了现有数据压缩方法存在失真率与压缩率无法同时满足的问题。

Description

数据压缩装置及压缩方法

技术领域

本发明涉及数据处理领域，尤其涉及一种数据压缩装置及压缩方法。

背景技术

在目前的显示器中，通常采用补偿算法对液晶面板显示画质不均匀的问题进行补偿。随着液晶面板解析度的增高，补偿数据所需的储存单元越来越大，成本亦越来越高，需要对补偿数据进行压缩处理。

现有对补偿数据的压缩处理包括有损压缩和无损压缩，然而，无损压缩通常压缩率较低无法达到压缩要求，有损压缩压缩率较高，但数据被压缩后失真较严重。

因此，现有数据压缩方法存在失真率与压缩率无法同时满足的问题，需要改进。

发明内容

本发明提供一种数据压缩装置及压缩方法，以缓解现有数据压缩方法存在失真率与压缩率无法同时满足的问题。

为解决以上问题，本发明提供的技术方案如下：

本发明提供一种数据压缩装置，包括：

预处理单元，用于对待压缩数据进行预处理；

量化表处理单元，用于根据目标压缩率，确定目标量化表，所述目标量化表内的量化系数使得数据失真率与压缩率满足预设条件；

量化单元，用于使用所述目标量化表对预处理后的数据进行量化压缩处理；

后处理单元，用于对量化压缩后的数据进行后续处理，得到所述待压缩数据对应的压缩数据。

在本发明提供的数据压缩装置中，所述预处理单元包括：数据划分子单元和系数变换子单元，所述数据划分子单元用于根据需要对所述待压缩数据进行划分处理，所述系数变换子单元用于对划分后的待压缩数据进行系数变换处理。

在本发明提供的数据压缩装置中，所述的系数变化子单元包括离散余弦正交换变换器，所述离散余弦正交换变换器用于根据离散余弦正变换公式将划分后的待压缩数据转变为相对应的变换系数。

在本发明提供的数据压缩装置中，所述量化表处理单元包括：量化表选取子单元和目标量化表构建子单元，所述量化表选取子单元用于根据所述目标压缩率的大小选取对应的量化表，所述目标量化表构建子单元用于根据预设条件对所述量化表进行优化，进而得到目标量化表。

在本发明提供的数据压缩装置中，所述预设条件为所述待压缩数据压缩处理后，其数据大小满足目标输出数据的大小，且数据损失最小。

在本发明提供的数据压缩装置中，所述目标量化表构建子单元用于在量化表选取之后，以量化表中的量化步长对相对应的变换系数进行量化处理，并将所得的量化系数进行后续压缩处理，然后比较最终得到的压缩数据的大小与目标输出数据大小，若压缩数据大于或等于目标输出数据，则终止优化，该原量化步长即为目标量化步长；若压缩数据小于目标输出数据，则将该系数上的量化步长值减1，再次重复以上的量化处理步骤以及后续的压缩处理和比较步骤，直到获得的压缩数据大于或等于目标输出数据；若一直到量化步长为1，压缩数据依然小于目标输出数据，取数据损失量与待压缩数据比值最小时的量化步长为该系数的目标量化步长。

在本发明提供的数据压缩装置中，所述目标量化表为目标压缩率取最小值时对应的优化后的量化表。

在本发明提供的数据压缩装置中，所述目标量化表为优化后的量化表加权平均后得到的量化表。

在本发明提供的数据压缩装置中，所述后处理单元包括编码处理子单元，用于对量化压缩处理后的数据进行编码处理。

同时，本发明提供一种数据压缩方法，包括：

通过预处理单元，对待压缩数据进行预处理；

通过量化表处理单元，根据目标压缩率，确定目标量化表，所述目标量化表内的量化系数使得数据失真率与压缩率满足预设条件；

通过量化单元，使用所述目标量化表对预处理后的数据进行量化压缩处理；

通过后处理单元，对量化压缩后的数据进行后续处理，得到所述待压缩数据对应的压缩数据。

本发明的有益效果为：本发明提供一种数据压缩装置及压缩方法，该数据压缩装置包括量化表处理单元和量化单元，量化表处理单元用于根据目标压缩率确定目标量化表，目标量化表内的量化系数使得数据失真率与压缩率满足预设条件，量化单元用于使用所述目标量化表对预处理后的数据进行量化压缩处理。通过对不同的数据构造不同的量化表，在满足压缩率的基础上，极大可能地减小了失真率，缓解了现有数据压缩方法存在失真率与压缩率无法同时满足的问题。

附图说明

为了更清楚地说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的数据压缩装置的示意图。

图2为本发明实施例提供的数据压缩流程示意图。

图3为本发明实施例提供的量化表的构建流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的具体实施方案，对本发明实施方案和/或实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显而易见的，下面所描述的实施方案和/或实施例仅仅是本发明一部分实施方案和/或实施例，而不是全部的实施方案和/或实施例。基于本发明中的实施方案和/或实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前下所获得的所有其他实施方案和/或实施例，都属于本发明保护范围。

针对现有补偿数据压缩方法存在的压缩率低、失真严重的问题，本发明提供一种数据压缩装置及压缩方法可以缓解这个问题。

在一种实施例中，如图1所示，本发明实施例提供的数据压缩装置包括：

输入单元10，用于输入原始待压缩数据。

预处理单元20，用于对待压缩数据进行预处理；预处理单元又包括数据划分子单元21和系数变换子单元22，其中数据划分子单元21用于根据需要对待压缩数据进行划分处理，系数变换子单元22用于对划分后的待压缩数据进行系数变换处理；系数变换子单元22内包括有离散余弦正交换变换器，离散余弦正交换变换器用于根据离散余弦正变换公式将划分后的待压缩数据转变为相对应的变换系数。

量化表处理单元30，用于根据目标压缩率，确定目标量化表，所述目标量化表内的量化系数使得数据失真率与压缩率满足预设条件；量化表处理单元30包括量化表选取子单元31和目标量化表构建子单元32，其中量化表选取子单元31用于根据目标压缩率的大小选取对应的量化表，目标量化表构建子单元32用于根据预设条件对量化表进行优化，进而得到目标量化表。

量化单元40，用于使用目标量化表对预处理后的数据进行量化压缩处理。

后处理单元50，用于对量化压缩后的数据进行后续处理，得到待压缩数据对应的压缩数据。

输出单元60，用于输出压缩数据。

本发明实施例提供一种数据压缩装置，该数据压缩装置包括量化表处理单元和量化单元，量化表处理单元用于根据目标压缩率确定目标量化表，目标量化表内的量化系数使得数据失真率与压缩率满足预设条件，量化单元用于使用所述目标量化表对预处理后的数据进行量化压缩处理。通过对不同的数据构造不同的量化表，在满足压缩率的基础上，极大可能地减小了失真率，缓解了现有数据压缩方法存在失真率与压缩率无法同时满足的问题。

由于多媒体信息的数据量巨大，需要极大的存储空间，且可能会超过线路的传输率，为了减小存储空间和传输宽带，进行实时高质的多媒体通信，必须对多媒体数据进行压缩处理。多媒体数据多种多样，包括视频、音频、图片等等，以下以一帧图像为例对本发明提供的数据压缩装置及压缩方法做详细介绍。

在一种实施例中，输入单元输入的待压缩数据为获取的显示面板上的图像信息，显示面板的图像信息可以是单色图像的灰度值，也可以是彩色图像的亮度分量或色差分量信或色差分量信号。

在一种实施例中，输入单元将待压缩数据先输入到预处理单元20中，在预处理单元20的数据划分子单元21内，数据划分子单元21将待压缩的图像划分为一系列8*8的图像采样区域，每个8*8的二维图像采样数据块，实际上是64点离散信号,该信号是空间二维参数x和y的函数，将每个8*8的二维图像采样数据块分别用64个关于x和y的函数表示，得到分块数据函数。

在一种实施例中，进一步的，在对图像进行分块处理时，得到的8*8二维图像采样数据块中的每一块的大小均相等。

在一种实施例中，数据划分子单元21在将待压缩数据划分处理后，传输进入到预处理单元20的系数变化子单元22内，系数变化子单元22进一步将待压缩数据转换为变换系数，系数变换子单元22内包括有离散余弦正交换变换器，传输到系数变换子单元22内的待压缩数据为待压缩图像的分块数据函数，离散余弦正交换变换器根据其内的离散余弦正变换公式将分块数据函数转换为相对应的变换系数。

离散余弦变换处理是对8*8采样数据块作的变换处理，可以是对一幅图像，从左到右、从上到下、一块一块(8*8/块)地变换压缩，也可以是对多幅图轮流取8*8采样数据块压缩。

由于一个8*8图像的分块数据函数即为64个正交基信号，每个正交信号对应于64个二维空间频率中的一个,这些空间频率是由输入信号的频谱组成。离散余弦正变换的输出是64个基信号的幅值，即变换系数，每个系数值由64点输入信号唯一地确定，即离散余弦变换的变换系数。在频域平面上，变换系数为二维频域变量u和v的函数。对应于u＝0，v＝0的系数，称作直流分量，即直流变换系数，其余63个系数称作交流分量即交流变换系数。因为在一幅图像中像素之间的灰度或色差信号变化缓慢，在8*8子块中像素之间相关性很强，所以通过离散余弦正变换处理后，在空间频率低频范围内集中了数值大的系数，这样为数据压缩提供了可能。远离直流系数的高频交流系数大多为零或趋于零。

在一种实施例中，量化表处理单元30用于根据目标压缩率，确定目标量化表，目标量化表内的量化系数使得数据失真率与压缩率满足预设条件。量化表处理单元30内的量化表选取子单元31用于根据目标压缩率的大小选取对应的量化表，目标压缩率的大小为根据待压缩数据的大小和对应的输出数据的大小确定的，即待压缩数据大小和对应的输出数据大小的比值，根据输出数据的大小范围，该目标压缩率会被固定在一个相对应的确定取值范围内，然后根据目标压缩率的范围选取相对应的量化表，其相对应的量化表可以只有唯一对应的一张，也可以是多张。

进一步的，针对不同类型的待压缩数据，其输出数据的要求以及大小不一样，应当先根据待压缩数据的类型确定对应待压缩数据类型的输出数据的大小，进而根据待压缩数据的大小和对应的输出数据的大小确定目标压缩率的大小。在本发明实施例中，以图像数据为例。

在一种实施例中，量化表选取子单元31将挑选出来的量化表输送给量化表构建子单元32，目标量化表构建子单元32用于根据预设条件对量化表进行优化，进而得到目标量化表。其中预设条件为待压缩数据量化压缩后，满足输出条件(即输出数据的压缩率满足目标压缩率范围大小，或输出数据的大小满足输出大小要求)且数据损失最小(即损失数据的大小与待压缩数据的大小比值最小)。

由于量化步长为量化表内各系数的数值，量化表系数随变换系数的位置而改变，量化表的尺寸也是8*8，与64个变换系数一一对应。量化表中的每一个系数值为1至255之间的任意整数，其值规定了对应位置变换系数的量化器步长。

目标量化表构建子单元32用于在量化表选取之后，以量化表中的量化步长对相对应的变换系数进行量化处理，并将所得的量化系数进行后续压缩处理，然后比较最终得到的压缩数据的大小与目标输出数据大小，若压缩数据大于或等于目标输出数据，则终止优化，该原量化步长即为目标量化步长；若压缩数据小于目标输出数据，则将该系数上的量化步长值减1，再次重复以上的量化处理步骤以及后续的压缩处理和比较步骤，直到获得的压缩数据大于或等于目标输出数据；若一直到量化步长为1，压缩数据依然小于目标输出数据，取数据损失量与待压缩数据比值最小时的量化步长为该系数的目标量化步长。

在本实施例中，量化表构建子单元32对量化表进行的优化，为对所有满足目标压缩率的量化表进行的优化，包括对所有满足目标压缩率的量化表内的每个系数的量化步长的优化。即对于选取的量化表内的每个系数的量化步长，以对应的待压缩数据做模拟压缩处理，并逐步调节量化步长的大小，以获取满足预设条件的最优目标量化步长。

量化表构建子单元32对量化表进行的优化，可以是对量化表内各系数逐一进行的优化，也可以是对量化表内所有系数的同步优化。

最终得到的目标量化表可以是选取目标压缩率取最小值时对应的优化后的量化表，也可以是所有满足目标压缩率的量化表优化后加权平均后得到的量化表，目标量化表内的每个量化系数均为优化后的目标量化系数。

在一种实施例中，量化单元40用于使用目标量化表对预处理后的数据进行量化压缩处理。为了达到压缩数据的目的，对离散余弦正交换处理后的变换系数需要做量化处理。量化处理是一个多到一的映射，同时，它也是造成数据压缩处理信息损失的根源。量化的定义为对64个变换系数除以相对应的量化步长后四舍五入取整，得到对应的量化系数。

64个变换系数经量化后，坐标u＝0，v＝0对应的量化系数是直流分量(即直流系数)，其余63个量化系数即为交流分量(即交流系数)。直流系数是64个图像采样的平均值，包含了整个图像能量的主要部分。

不同频率的余弦函数对视觉的影响不同，量化处理是在一定的主观保真度图像质量的前提下，据不同频率的视觉阈值来选择量化表中的系数值的大小。变换系数除以量化表中对应位置的量化步长，其幅值下降，动态范围变窄，高频系数的零值数目增加。

在一种实施例中，后处理单元50用于对量化压缩后的数据进行后续处理，得到待压缩数据对应的压缩数据。后处理单元50包括编码处理子单元，编码处理子单元内有熵编码器，熵编码器用于对量化压缩处理后的数据进行熵编码处理，熵编码是一种泛指哪些不考虑被压缩数据的性质的无损编码。

为进一步达到压缩数据的目的，需对量化后的量化系数进行基于统计特性的熵编码。在进行熵编码之前，还需要对63个交流系数进行“z”字形编排，进而将一个二维的8*8矩阵转变为一个一维的1*64矢量，频率较低的矢量放在矢量的顶部，然后使用行程长度编码(RLE)对交流系数进行编码。因为相邻的8×8块之间有强的相关性，所以相邻块的直流系数值很接近，使用差分脉冲编码调制(DPCM)对相邻图像块直流系数的差值进行编码，可以用较少的比特数。

熵编码器用于对DPCM编码后的直流系数和RLE编码后的交流系数做进一步的压缩编码。熵编码器在对数据进行处理时，一般对出现频率较高的系数分配比较短的代码，对出现频率较低的系数分配较长的代码。

在一种实施例中，输出单元60用于输出压缩数据。输出单元60最后将编码处理完成的压缩数据组成为一帧一帧的数据，即数据流，并输出。

同时，在一种实施例中，如图2所示，本发明实施例提供的数据压缩方法包括：

S21、通过输入单元10，输入待压缩数据；

S22、通过预处理单元20，对待压缩数据进行预处理；

S23、通过量化表处理单元30，根据目标压缩率，确定目标量化表，目标量化表内的量化系数使得数据失真率与压缩率满足预设条件；

S24、通过量化单元40，根据目标量化表对预处理后的数据进行量化压缩处理；

S25、通过后处理单元50，对量化压缩后的数据进行后续处理，得到待压缩数据对应的压缩数据；

S26、通过输出单元60，输出压缩数据。

本发明实施例提供一种数据压缩方法，该数据压缩方法包括：通过量化表处理单元，根据目标压缩率确定目标量化表，目标量化表内的量化系数使得数据失真率与压缩率满足预设条件；通过量化单元，所述目标量化表对预处理后的数据进行量化压缩处理。通过对不同的数据构造不同的量化表，在满足压缩率的基础上，极大可能地减小了失真率，缓解了现有数据压缩方法存在失真率与压缩率无法同时满足的问题。

在一种实施例中，对待压缩数据进行预处理的步骤包括：

通过数据划分子单元21，对待压缩数据进行划分处理。数据划分子单元21将待压缩的图像划分为一系列8*8的图像采样区域，每个8*8的二维图像采样数据块，实际上是64点离散信号,该信号是空间二维参数x和y的函数，将每个8*8的二维图像采样数据块分别用64个关于x和y的函数表示，得到分块数据函数。

通过系数变换子单元22，对划分后的待压缩数据进行系数变换处理。系数变换子单元22内包括有离散余弦正交换变换器，离散余弦正交换变换器根据其内的离散余弦正变换公式将分块数据函数转换为相对应的变换系数。离散余弦变换处理是对8*8采样数据块作的变换处理，可以是对一幅图像，从左到右、从上到下、一块一块(8*8/块)地变换压缩，也可以是对多幅图轮流取8*8采样数据块压缩。

在一种实施例中，根据目标压缩率，确定目标量化表的步骤包括：

通过量化表选取子单元31，根据所述目标压缩率的大小选取对应的量化表。根据待压缩数据的类型确定对应待压缩数据类型的输出数据的大小，进而根据待压缩数据的大小和对应的输出数据的大小确定目标压缩率的大小；然后根据目标压缩率的范围选取相对应的量化表，其相对应的量化表可以只有唯一对应的一张，也可以是多张。

通过目标量化表构建子单元32，根据预设条件对所述量化表进行优化，进而得到目标量化表。其中预设条件为待压缩数据量化压缩后，满足输出条件(即输出数据的压缩率满足目标压缩率范围大小，或输出数据的大小满足输出大小要求)且数据损失最小(即损失数据的大小与待压缩数据的大小比值最小)。

在一种是实施例中，如图3所示，以量化表中的量化步长Qk对相对应的变换系数进行量化处理，并将所得的量化系数进行后续压缩处理，然后比较最终得到的压缩数据的大小与目标输出数据大小，若压缩数据大于或等于目标输出数据，则终止优化，该原量化步长即为目标量化步长；若压缩数据小于目标输出数据，则将该系数上的量化步长值减1，再次重复以上的量化处理步骤以及后续的压缩处理和比较步骤，直到获得的压缩数据大于或等于目标输出数据；若一直到量化步长为1，压缩数据依然小于目标输出数据，取数据损失量Dk与待压缩数据Bk比值最小时的量化步长为该系数的目标量化步长。然后对下一个系数以上述实施步骤进行优化，直到整个量化表内的所有系数的量化步长均优化为目标量化步长，再换下一个量化表进行优化。

在本实施例中，对量化表的优化可以是对量化表内的系数的逐一优化，也可以是对所有系数的同步优化。

最后优化完成的所有量化表，可以选取目标压缩率取最小值时对应的优化后的量化表，为最终的目标量化表；也可以取所有满足目标压缩率的量化表优化后加权平均后得到的量化表，为最终的目标量化表。

在一种实施例中，对预处理后的数据进行量化压缩处理的步骤包括：

对64个变换系数除以相对应的量化步长后四舍五入取整，得到对应的量化系数。其量化系数包括一个直流系数和63个交流系数。

在一种实施例中，对量化压缩后的数据进行后续处理的步骤包括：

对63个交流系数进行“z”字形编排，进而将一个二维的8*8矩阵转变为一个一维的1*64矢量；

使用行程长度编码(RLE)对交流系数进行编码；

使用差分脉冲编码调制(DPCM)对相邻图像块直流系数的差值记行编码；

使用熵编码器对DPCM编码后的直流系数和RLE编码后的交流系数做进一步的压缩编码。

根据上述实施例可知：

本发明提供一种数据压缩装置及压缩方法，该数据压缩装置包括量化表处理单元和量化单元，量化表处理单元用于根据目标压缩率确定目标量化表，目标量化表内的量化系数使得数据失真率与压缩率满足预设条件，量化单元用于使用所述目标量化表对预处理后的数据进行量化压缩处理。通过对不同的数据构造不同的量化表，在满足压缩率的基础上，极大可能地减小了失真率，缓解了现有数据压缩方法存在失真率与压缩率无法同时满足的问题。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种数据压缩装置，其特征在于，包括：

预处理单元，用于对待压缩数据进行预处理；

量化表处理单元，用于根据目标压缩率，确定目标量化表，所述目标量化表内的量化系数使得数据失真率与压缩率满足预设条件；

量化单元，用于使用所述目标量化表对预处理后的数据进行量化压缩处理；

后处理单元，用于对量化压缩后的数据进行后续处理，得到所述待压缩数据对应的压缩数据。

2.如权利要求1所述的数据压缩装置，其特征在于，所述预处理单元包括：数据划分子单元和系数变换子单元，所述数据划分子单元用于根据需要对所述待压缩数据进行划分处理，所述系数变换子单元用于对划分后的待压缩数据进行系数变换处理。

3.如权利要求2所述的数据压缩装置，其特征在于，所述的系数变化子单元包括离散余弦正交换变换器，所述离散余弦正交换变换器用于根据离散余弦正变换公式将划分后的待压缩数据转变为相对应的变换系数。

4.如权利要求1所述的数据压缩装置，其特征在于，所述量化表处理单元包括：量化表选取子单元和目标量化表构建子单元，所述量化表选取子单元用于根据所述目标压缩率的大小选取对应的量化表，所述目标量化表构建子单元用于根据预设条件对所述量化表进行优化，进而得到目标量化表。

5.如权利要求4所述的数据压缩装置，其特征在于，所述预设条件为所述待压缩数据压缩处理后，其数据大小满足目标输出数据的大小，且数据损失最小。

6.如权利要求5所述的数据压缩装置，其特征在于，所述目标量化表构建子单元用于在量化表选取之后，以量化表中的量化步长对相对应的变换系数进行量化处理，并将所得的量化系数进行后续压缩处理，然后比较最终得到的压缩数据的大小与目标输出数据大小，若压缩数据大于或等于目标输出数据，则终止优化，该原量化步长即为目标量化步长；若压缩数据小于目标输出数据，则将该系数上的量化步长值减1，再次重复以上的量化处理步骤以及后续的压缩处理和比较步骤，直到获得的压缩数据大于或等于目标输出数据；若一直到量化步长为1，压缩数据依然小于目标输出数据，取数据损失量与待压缩数据比值最小时的量化步长为该系数的目标量化步长。

7.如权利要求4所述的数据压缩装置，其特征在于，所述目标量化表为目标压缩率取最小值时对应的优化后的量化表。

8.如权利要求4所述的数据压缩装置，其特征在于，所述目标量化表为优化后的量化表加权平均后得到的量化表。

9.如权利要求1所述的数据压缩装置，其特征在于，所述后处理单元包括编码处理子单元，用于对量化压缩处理后的数据进行编码处理。

10.一种数据压缩方法，其特征在于，包括：

通过预处理单元，对待压缩数据进行预处理；

通过量化表处理单元，根据目标压缩率，确定目标量化表，所述目标量化表内的量化系数使得数据失真率与压缩率满足预设条件；

通过量化单元，使用所述目标量化表对预处理后的数据进行量化压缩处理；

通过后处理单元，对量化压缩后的数据进行后续处理，得到所述待压缩数据对应的压缩数据。