CN111510716B - 通过图像文件的像素变换提高压缩率的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

公开一种通过图像文件的像素变换提高压缩率的方法和系统。图像压缩方法包括：解析成为压缩对象的图像文件的步骤；以及忽略图像文件的每个像素的一部分位来进行压缩的步骤。

Description

通过图像文件的像素变换提高压缩率的方法和系统
技术领域
以下的说明涉及一种压缩图像文件的技术(Method And System For ImprovingCompression Ratio Through Pixel Conversion Of Image File)。
背景技术
一般而言，因为图像需要关于图像内的每一个像素(pixel)的信息，所以照片图形图像或者与其类似的图形图像被认为是大文件。
这样的照片图形图像或者与其类似的图形图像需要1MByte以上的存储空间，并且在利用传送率低的通信网的情况下需要相当长的传送时间。
近年来，为了减少存储图像所需要的存储空间的量并减少传送时间，已经开发了压缩图像的技术。
图像压缩方法分为有损压缩方法(loss compression method)和无损压缩方法(lossless compression method)，这样的压缩方法消除空间冗余、时间冗余、概率冗余，从而可以压缩图像。
作为图像压缩技术的一例，在韩国授权专利公报第10-0385865号(注册日2003年05月19日)中公开了利用于连接到个人计算机的通用串行总线接口使用的USB相机等中的图像压缩技术。
发明内容
提供一种通过屏蔽图像文件的每个像素的一部分位的像素变换来压缩图像文件的方法及系统。
提供一种通过利用图像文件的块间的像素差异的像素变换来压缩图像文件的方法及系统。
提供一种图像压缩方法，该图像压缩方法在计算机系统中运行，其中，上述计算机系统包括用于运行存储器中包含的计算机可读命令的至少一个处理器，上述图像压缩方法包括：通过上述至少一个处理器，解析成为压缩对象的图像文件的步骤；以及通过上述至少一个处理器，忽略上述图像文件的每个像素的一部分位来进行压缩的步骤。
根据一侧面，上述压缩的步骤可以包括：将上述图像文件的每个像素变换为字节单位的步骤；以及屏蔽表示每个像素值的字节的一部分位来操作该像素值的步骤。
根据另一侧面，上述操作的步骤可以对每个像素分别操作R值、G值、B值。
根据又一侧面，上述压缩的步骤可以包括在表示每个像素值的字节中以最低有效位(least significant bit)为基准屏蔽一定个数的位的步骤。
根据又一侧面，上述压缩的步骤可以包括将每个像素值的体系变换为二进制数后，将从上述二进制数的最低有效位开始的一定个数的位屏蔽为0的步骤。
根据又一侧面，上述一定个数可以被决定为保障一定水准的图像质量的实验值。
提供一种存储有用于在上述计算机系统中运行上述的图像压缩方法的计算机程序的非暂时性计算机可读记录介质。
提供一种计算机系统，其包括用于运行存储器中包含的计算机可读命令的至少一个处理器，上述至少一个处理器包括：像素变换部，其操作成为压缩对象的图像文件的每个像素的一部分位来执行像素变换；及图像存储部，其将完成上述像素变换的图像文件存储为指定格式。
根据本发明的实施例，通过屏蔽图像文件的每个像素的一部分位的像素变换来压缩图像文件，从而可以提高图像压缩率。
根据本发明的实施例，通过利用图像文件的块间的像素差异的像素变换来压缩图像文件，从而可以提高图像压缩率。
附图说明
图1是在本发明的一实施例中用于说明计算机系统的内部构成的一例的框图。
图2是表示根据本发明的一实施例的计算机系统的处理器可以包含的构成要素的例的图。
图3是表示根据本发明的以实施例的计算机系统可以执行的图像压缩方法的一例的流程图。
图4表示在本发明的一实施例中变换图像文件的每个像素值的过程的示例。
图5是表示根据本发明的一实施例的计算机系统可以执行的图像压缩方法的另一例的流程图。
图6是在本发明的一实施例中用于说明将图像文件划分为块单位的过程的示例图。
图7至图8是在本发明的一实施例中用于说明计算块间的像素差值的过程的示例图。
图9表示LUT(look up table)文件的示例。
图10是用于将原始图像文件与实现了像素变换的图像文件进行比较的示例图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施例。
本发明的实施例涉及一种压缩图像的技术。
在本说明书中包括具体公开的内容的实施例可以提供一种通过图像文件的像素变换的图像压缩技术，通过其在图像压缩率、保障图像质量、节省存储空间、节省费用等方面达成相当大的优势。
图1是在本发明的一实施例中用于说明计算机系统的内部构成的一例的框图。例如，根据本发明的实施例的图像压缩系统可以通过图1的计算机系统100来实现。如图1所示，计算机系统100作为用于运行图像压缩方法的构成要素，可以包括处理器110、存储器120、永久存储装置130、总线140、输入输出接口150及网络接口160。
处理器110作为用于图像压缩的构成要素，可以包括能够处理命令语言的序列的任意装置或者可以是其的一部分。处理器110可以包括例如计算机处理器、移动装置或其它电子装置内的处理器及/或数字处理器。处理器110可以包含在例如服务器计算设备、服务器计算机、一系列服务器计算机、服务器场、云计算机、内容平台等中。处理器110可以通过总线140连接到存储器120。
存储器120可以包括被计算机系统100使用或用于存储被其输出的信息的挥发性存储器，永久、虚拟或其它存储器。存储器120可以包括例如随机存取存储器(RAM：randomaccess memory)、及/或动态RAM(DRAM：dynamic RAM)。存储器120可以使用于存储如计算机系统100的状态信息一样的任意信息。存储器120也可以使用于例如存储包含用于图像压缩的命令语言的计算机系统100的命令语言。计算机系统100根据需要或在适当的情况可以包括一个以上的处理器110。
总线140可以包括使得能够进行计算机系统100的多种组件之间的相互作用的通信基础结构。总线140例如可以在计算机系统100的组件之间、例如可以在处理器110和存储器120之间传输数据。总线140可以包括计算机系统100的组件间的无线及/或有线通信介质，并且可以包括并行、串行、或其它拓扑排序。
永久存储装置130(例如，相比于存储器120)可以包括像由计算机系统100所使用的那样的存储器、或像其它永久存储装置一样的组件，以存储在规定的被延长的时间段内的数据。永久存储装置130可以包括由计算机系统100内的处理器110所使用的那样的非挥发性主存储器。永久存储装置130可以包括例如快闪存储器、硬盘、光盘或其它计算机可读介质。
输入输出接口150可以包括对于键盘、鼠标、语音命令输入、显示器、或其它输入或输出装置的接口。用于配置命令及/或图像压缩的输入可以通过输入输出接口150来接收。
网络接口160可以包括对于像局域网或因特网一样的网络的一个以上的接口。网络接口160可以包括对于有线或无线连接的接口。用于配置命令及/或图像压缩的输入可以通过网络接口160来接收。
而且，在其它实施例中计算机系统100也可以包括比图1的构成要素更多的构成要素。但是，大部分的现有技术构成要素不需要明确地表示。例如，计算机系统100可以以包括与上述的输入输出接口150连接的输入输出装置的至少一部分的方式实现，或者还可以包括像收发器(transceiver)、GPS(Global Positioning System)模块、相机、各种传感器、数据库等一样的其它构成要素。
本实施例涉及一种压缩图像文件的技术，在PNG或JPG等中使用图像压缩技术。
图2是表示根据本发明的一实施例的计算机系统的处理器可以包含的构成要素的例的图。
如图2所示，处理器110可以包括像素变换部210及图像存储部220。像素变换部210根据实施例可以包括像素屏蔽部211和像素差计算部212中的至少一个。
这样的处理器110的构成要素可以是由处理器110根据至少一个程序代码所提供的控制命令执行的彼此不同功能(different functions)的表现。例如，作为为了以使处理器110变换图像文件的每个像素值的方式控制计算机系统100而工作的功能表现，可以使用像素变换部210。处理器110及处理器110的构成要素可以执行以下的图像压缩方法包括的步骤。例如，处理器110及处理器110的构成要素可以以运行根据包括存储器120的操作系统的代码和上述至少一个程序代码的命令(instruction)的方式实现。在此，至少一个程序代码与为了处理图像压缩方法所实现的程序的代码对应。
图3和图5的图像压缩方法可能不以如图所示的顺序发生，并且还可以包括省略或者追加步骤中一部分的过程。
图3是表示根据本发明的以实施例的计算机系统可以执行的图像压缩方法的一例的流程图。
本实施例可以通过屏蔽图像文件的每个像素的一部分位的方式的像素变换来提高图像压缩率。
在步骤S310中，处理器110可以将存储在用于图像压缩方法的程序文件中的程序代码加载到存储器120中。例如，用于图像压缩方法的程序文件可以存储在通过图1说明的永久存储装置130中，并且处理器110可以控制计算机系统110，以使程序代码从通过总线存储在永久存储装置130中的程序文件加载到存储器120中。此时，处理器110、及处理器110包括的像素屏蔽部211、及图像存储部220中的每一个可以是用于运行与加载到存储器120中的程序代码对应的部分的命令并运行此后步骤(S320至S340)的处理器110的彼此不同功能的表现。为了运行步骤(S320至S340)，处理器110及处理器110的构成要素可以直接处理根据控制命令的运算或者控制计算机系统100。
在步骤S320中，像素屏蔽部211可以解析属于压缩对象的图像文件(例如，PNG文件等)后将每个像素变换为字节单位。换句话说，像素屏蔽部211可以在解析图像文件的每个像素并读取一个一个像素，并且将每个像素变换为字节单位。
在步骤S330中，像素屏蔽部211可以屏蔽按照图像文件的每个像素表示该像素的字节中的一部分位来执行像素变换。像素屏蔽部211制作忽略一部分位的图像过滤器，通过其可以减小图像文件的数据大小。作为一例，像素屏蔽部211对于每个像素的字节可以以最低有效位(least significant bit)为基准将事先指定的个数(n个)的位全部屏蔽为0。此时，通过实验决定用于适用屏蔽的位的个数(n个)，其可以被决定为能够防止图像劣化并保障一定水准的图像质量的程度，例如可以适用为1位至2位。
在压缩对象即图像文件为RGB格式的情况下，可以对于像素的R值、G值、B值分别执行像素变换。不限定于RGB格式，可以将包括阿尔法值的ARGB等多种格式的图像文件作为适用对象。
图4表示变换每个像素的RGB值的过程的示例。
每个像素的R值、G值、B值分别以1字节表现。
参照图4，如果需要变换一个像素的R值‘30’，首先将R值‘30’变换为二进制数，若将‘30’以二进制数表现，则成为‘00011110’。此时，在‘00011110’中，如果忽略与从最低有效位开始的2个位对应的‘10’，则成为‘00011100’，如果再次将‘00011100’变换为十进制，则成为‘28’。通过这样的过程，可以将现有的R值‘30’变换为‘28’。
对图像文件的所有像素可以全部执行上述方式的像素变换过程。
再次在图3中，在步骤S340中当图像存储部220完成图像文件的像素变换时，可以将该图像文件存储为指定格式。此时，图像存储部220可以将图像文件存储为PNG文件。
在本发明中，对图像文件的每个像素以忽略一部分位的方式操作像素值来存储为PNG，从而可以减小数据大小。即使使用PNG文件所定义的相同压缩方式，也可以通过像素变换在比原始文件的像素增加共同的位即相同的值的同时最终提高图像压缩率。
图5是表示根据本发明的一实施例的计算机系统可以执行的图像压缩方法的另一例的流程图。
本实施例可以通过利用图像文件的块间的像素差异的像素变换来提高图像压缩率。
在步骤(S510)中，处理器110可以将存储在用于图像压缩方法的程序文件中的程序代码加载到存储器120中。例如，用于图像压缩方法程序文件可以存储在通过图1说明的永久存储装置130中，并且处理器110可以控制计算机系统110，以使程序代码从通过总线存储在永久存储装置130中的程序文件加载到存储器120中。此时，处理器110、及处理器110包括的像素差计算部212、及图像存储部220中的每一个可以是用于运行与加载到存储器120中的程序代码对应的部分的命令并运行此后步骤(S520至S550)的处理器110的彼此不同功能的表现。为了运行步骤(S520至S550)，处理器110及处理器110的构成要素可以直接处理根据控制命令的运算或者控制计算机系统100。
在步骤520中，像素差计算部212可以解析属于压缩对象的图像文件(例如，PNG文件等)后将每个像素变换为字节单位。换句话说，像素差计算部212可以解析图像文件的每个像素并读取一个一个像素，并且将每个像素变换为字节单位。
步骤S530中，像素差计算部212可以将图像文件划分为多个块。此时，像素差计算部212可以将图像文件的每个像素以相同大小的块为单位捆绑并将该图像文件分为上述多个块。
例如，如图6所示，可以将块单位601定义为M×L(此时，M＝L或者M≠L)个像素大小，并且可以将图像文件600划分为具有M×L个像素的多个块601。
再次在图5中，在步骤S540中像素差计算部212可以利用块间的像素差值对图像文件执行像素变换。像素差计算部212对于一个块的像素值，计算其与另一个块中相同位置的像素值的差异，并且将该像素值替换为计算出的像素差值，从而可以操作像素值。
图7表示变换每个像素值的过程的示例。
如图7所示，将一个块假定为2×2像素，并且将块(1)假定为参考块。
作为一例，像素差计算部212计算对象块的像素值与相邻块相同位置的像素值的差异，并且将计算出的差值替换为对象块的像素值。
参考块即块(1)的像素值为了恢复照原样使用，其余块使用与相邻块的像素差值。就块(2)而言，计算与块(1)的像素值的差异，并且将计算出的差值用作块(2)的像素值。同样，就块(3)而言，计算与块(2)的像素值的差异，并且将计算出的差值用作块(3)的像素值。
以参考块601开始沿着如图8所示的方向顺序地将每个像素值替换为与相邻块的像素差值。
上述方式只是一种示例，不限定于此，指定参考块的方式或者计算像素差值的方式等是完全能够变更的。
例如，对于全部块，还能够使用计算与参考块而不是相邻块的像素差值的方式。而且，若是将位于中央的块指定为参考块并向参考块的两方向同时计算与参考块或者相邻块的像素差值的方式、按照每行或者列指定第一个块作为参考块并向多个方向同时计算与该行或者列的参考块或者相邻块的像素差值的方式等可以计算块间的差异的方式，则能够全部适用。
再次在图5中，在步骤S550中，若完成图像文件的像素变换，则图像存储部220可以将该图像文件存储为指定格式。此时，图像存储部220可以通过利用哈夫曼编码等的数据压缩来存储图像文件。
在本发明中，以将图像文件的每个像素替换为块间的像素差值的方式操作像素值，从而减小数据大小。在存储像素差值时，能够以比实际像素值更少的位(3位至4位程度)来表现。即使使用PNG文件所定义的相同压缩方式，也因为在通过像素变换来利用不是绝对值的差值时特定值的频率增加，所以可以在比原始文件的像素增加共同的位即相同的值的同时，提高图像压缩率。
图9表示LUT(look up table)文件的示例。
例如，LUT文件存在64个64×64大小的块，此时块间没有大的差异。
如果是存储块间的差异可以使用更少的位来表现，并且当不是绝对值的差值时，因为特定值的频率高，所以图像压缩率可以变好。
例如，可以利用派森(python)将代码本和编码结果生成为文件来预测图像大小。
图像存储部220在存储图像文件时，可以按照块分别生成RGB各自的代码来存储结果，作为另一例，可以对于所有块分别生成RGB各自的代码来存储结果。作为又一例，图像存储部220在存储图像文件时，可以按照块一次生成所有RGB的代码来存储结果，或者对于所有块一次生成所有RGB的代码来存储结果。
图像存储部220可以通过事先指定的压缩方式(tar、zip)压缩图像文件并存储。此时，图像存储部220对于图像文件，可以通过哈夫曼编码将代码本和编码结果生成为二进制文件。如果按照块或者按照RGB生成代码，则因为块间像素差值生成的文件过多，所以可以利用tar(包括标头信息)来捆绑处理文件。
为了用哈夫曼编码增加图像压缩率，应减少间或产生的值。即，可以将间或产生的值a变更为频繁产生的值a'，作为一例，可以对每个像素屏蔽最后一两个位为0或者使用差值而不是绝对值来变换像素值本身。
参照图10，预计丢弃了最后一两个位的像素变换文件1020的图像压缩率与原始文件1010相比有所提高，但是用肉眼不能感觉到原始文件1010和像素变换文件1020间的差异。
像素变换部210在像素变换中，也能够利用屏蔽每个像素的一部分位的方式和替换为块间的像素差值的方式的结合。此时，图像存储部220在存储图像文件时可以对于所有块一次生成丢弃了最后1个或2个位的RGB的代码来存储结果。
作为另一例，图像存储部220可以不经过哈夫曼编码，将完成像素变换的图像文件存储为PNG并减小数据大小。换句话说，图像存储部220可以不经过哈夫曼编码，将丢弃了最后1个或2个位的RGB存储为PNG。
像这样根据本发明的实施例，通过屏蔽图像文件的每个像素的一部分位的像素变换来压缩图像文件，从而可以提高图像压缩率。而且，根据本发明的实施例，通过利用图像文件的块间的像素差异的像素变换来压缩图像文件，从而可以提高图像压缩率。更进一步，根据本发明的实施例，结合屏蔽每个像素的一部分位的方式和替换为块间的像素差值的方式来操作像素值，从而可以对像素值有效地增加共同的位，以使图像压缩率变好。
在以上所说明的装置可以由硬件构成要素、软件构成要素、及/或硬件构成要素及软件构成要素的组合实现。例如，实施例中所说明的装置及构成要素，可以像处理器、控制器、ALU(arithmetic logic unit)、数字信号处理器(digital signal processor)、微型计算机、FPGA(field programmable gate array)、PLU(programmable logic unit)、微处理器、或可以运行并响应命令(instruction)的其它任何装置那样，利用一个以上的通用计算机或特殊目的计算机来实现。处理装置可以执行操作系统(OS)及在上述操作系统上执行的一个以上的软件应用程序。而且，处理装置响应软件的运行，并且可以接近、存储、操作、处理、及生成数据。为了便于理解，处理装置存在被说明为使用一个的情况，但是在该技术领域具有一般知识的人能够知道，处理装置可以包括多个处理要素(processing element)及/或多个类型的处理要素。例如，处理装置可以包括多个处理器、或一个处理器及一个控制器。而且，也可以是像并行处理器(parallel processor)一样的其它处理构成(processing configuration)。
软件可以包括计算机程序(computer program)、代码(code)、命令(instruction)或其中一个以上的组合，并且构成处理装置，以便随意动作，或者可以独立地或共同地(collectively)命令处理装置。软件及/或数据可以体现(embody)在某个类型的机械、构成要素(component)、物理装置、计算机存储介质或装置，以便通过处理装置被解释或者向处理装置提供命令或数据。软件分散在由网络连接的计算机系统上，因而可以用分散的方法被存储或运行。软件及数据可以被一个以上的计算机可读记录介质存储。
根据实施例的方法可以实现为能够通过多种计算机的机构执行的程序命令形态并记录在计算机可读介质。此时，介质可以用计算机继续存储能运行的程序，或者也可以临时存储以运行或下载。而且，介质可以是单一形态或结合数个硬件的形态的多种记录机构或存储机构，不限定于直接连接在某个计算机系统的介质，并且可以是分散存在于网络上的。作为介质的示例，可以有像硬盘、软盘、及磁带一样的磁性介质，像CD-ROM及DVD一样的光学记录介质，像光软盘(floptical disk)一样的磁-光介质(magneto-optical medium)，及包括ROM、RAM、快闪存储器等并用于存储程序命令语的介质。而且，作为另一介质的示例，可以列举由分发应用程序的应用商店或供给和分发其它多种软件的网站、服务器等管理的记录介质和存储介质。
如上，虽然实施例依据限定的实施例和附图进行说明，若是在该技术领域中具有一般知识的人，则能够从上述记载进行多种修改及变形。例如，即使说明的技术用与说明的方法不同的顺序执行，及/或说明的系统、结构、装置、电路等的构成要素用与说明的方法不同的形态结合、组合，或被其它构成要素、等同物代替或取代也可以达成适当的结果。
因此，其它体现、其它实施例、及与专利请求范围均等的也属于上述的专利请求范围的范围。

Claims (13)

1.一种图像压缩方法，该图像压缩方法在计算机系统中运行，其中，所述计算机系统包括用于运行存储器中包含的计算机可读命令的至少一个处理器，所述图像压缩方法包括以下步骤：
通过所述至少一个处理器解析要被压缩的图像文件；
通过所述至少一个处理器将所述图像文件划分成多个块；
通过所述至少一个处理器，使用所述多个块的像素的值之间的差值来计算所述多个块中的一个块的第一像素的第一值与所述多个块中的另一个块的第二像素的第二值之间的差值，所述第二像素在所述另一个块中位于与所述第一像素在所述一个块中相同的位置处；
通过所述至少一个处理器，用所计算的差值来替换所述第二值；和
通过所述至少一个处理器，通过对所述图像文件的所述多个块的每个像素的一部分位进行像素变换使得相比原始图像文件的像素增加共同的位，来压缩所述图像文件。
2.根据权利要求1所述的图像压缩方法，其中，通过所述至少一个处理器来压缩所述图像文件的步骤还包括以下步骤：
将所述图像文件的每个像素变换为字节单位；以及
屏蔽表示每个像素值的字节的一部分位来操作该像素值。
3.根据权利要求2所述的图像压缩方法，其特征在于，在屏蔽表示每个像素值的字节的一部分位来操作该像素值的步骤中，对每个像素分别操作R值、G值、B值。
4.根据权利要求1所述的图像压缩方法，其中，通过所述至少一个处理器来压缩所述图像文件的步骤还包括以下步骤：
在表示每个像素值的字节中以最低有效位为基准屏蔽一定个数的位。
5.根据权利要求1所述的图像压缩方法，其中，通过所述至少一个处理器来压缩所述图像文件的步骤还包括以下步骤：
将每个像素值的体系变换为二进制数后，将从所述二进制数的最低有效位开始的一定个数的位屏蔽为0。
6.根据权利要求4或者5所述的图像压缩方法，其特征在于，所述一定个数被决定为保障一定水准的图像质量的实验值。
7.一种非暂时性计算机可读记录介质，其中，
该非暂时性计算机可读记录介质中存储有用于在所述计算机系统中运行权利要求1至5中任一项所述的图像压缩方法的计算机程序。
8.一种计算机系统，所述计算机系统包括用于运行存储器中包含的计算机可读命令的至少一个处理器，所述至少一个处理器包括：
像素变换部，其操作要被压缩的图像文件的每个像素的一部分位来执行像素变换，包括：
解析所述图像文件，
将所述图像文件划分成多个块，
使用所述多个块的像素的值之间的差值来计算所述多个块中的一个块的第一像素的第一值与所述多个块中的另一个块的第二像素的第二值之间的差值，所述第二像素在所述另一个块中位于与所述第一像素在所述一个块中相同的位置处，
用所计算的差值来替换所述第二值，和
通过对所述图像文件的所述多个块的每个像素的一部分位进行像素变换使得相比原始图像文件的像素增加共同的位，来压缩所述图像文件；以及
图像存储部，其将完成了所述像素变换的图像文件存储为指定格式。
9.根据权利要求8所述的计算机系统，其特征在于，所述像素变换部在解析所述图像文件并将所述图像文件的每个像素变换为字节单位后，屏蔽表示每个像素值的字节的一部分位来操作该像素值。
10.根据权利要求9所述的计算机系统，其特征在于，所述像素变换部对每个像素分别操作R值、G值、B值。
11.根据权利要求8所述的计算机系统，其特征在于，所述像素变换部在表示每个像素值的字节中以最低有效位为基准屏蔽一定个数的位。
12.根据权利要求8所述的计算机系统，其特征在于，所述像素变换部将每个像素值的体系变换为二进制数后，将从所述二进制数的最低有效位开始的一定个数的位屏蔽为0。
13.根据权利要求11或者12所述的计算机系统，其特征在于，所述一定个数被决定为保障一定水准的图像质量的实验值。
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