CN113115041A - 支持alpha通道的无损图片压缩方法、装置及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种支持alpha通道的无损图片压缩方法、装置及介质的技术方案，包括：帧内预测，基于H.264编码基础，通过alpha通道进行帧内预测，其中帧内预测通过输入图像的包括有Y、Cb、Cr三个分量以及alpha通道数据的宏块数据，输入宏块数据进行预测，得到宏块残差数据；变换，对宏块残差数据进行整数DCT变换处理；执行基于H.264的游程编码及熵编码的处理，得到图像流数据；对图像流数据基于alpha通道进行文件封装。本发明的有益效果为：在H.264I基础上增加alpha通道的支持；压缩过程中没有用到量化，更有利于保证数据真实性；相比于png具有更高压缩率。

Description

支持alpha通道的无损图片压缩方法、装置及介质
技术领域
本发明涉及计算机图像数据压缩领域，具体涉及了一种支持alpha通道的无损图片压缩方法、装置及介质。
背景技术
图像压缩领域主要发展方向是使用尽可能少的数据保存更多的图片信息，也就是提高图像压缩率的同时保证图像的画质。现有常用图片压缩标准主要有png、jpg等。
png格式的优点是无损压缩，能保证色彩真实性，并且支持alpha通道，但由于其使用filter和deflate、inflate算法在时域压缩像素值，压缩效率太低，因此压缩后图片文件会比较大。
jpg是有损压缩标准，通过DCT变换、量化以及huffman(霍夫曼)编码方式，牺牲部分细节提高压缩率，但缺点是不支持alpha特性。
H.264是一种高效的视频编码标准，由于其多种分块方式和预测方式的帧内预测编码以及高效的CABAC/CAVLC熵编码，其I slice编码性能优于png和jpg，但它也不支持alpha特性。
现有图像压缩技术主要有png和jpg，png主要缺点是压缩率低，而jpg不支持alpha特性。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供了一种支持alpha通道的无损图片压缩方法、装置及介质，支持alpha特性并大幅提升图像压缩率。
本发明的技术方案包括一种支持alpha通道的无损图片压缩方法，其特征在于，该方法包括：帧内预测，基于H.264编码基础，通过alpha通道进行帧内预测，其中帧内预测通过输入图像的包括有Y、Cb、Cr三个分量以及alpha通道数据的宏块数据，输入所述宏块数据进行预测，得到宏块残差数据；变换，对所述宏块残差数据进行整数DCT变换处理；执行基于H.264的游程编码及熵编码的处理，得到图像流数据；对所述图像流数据基于alpha通道进行文件封装。
根据所述的支持alpha通道的无损图片压缩方法，其中帧内预测包括：将图像划分为若干等分的所述宏块数据，所述宏块数据依据亮度、色度及alpha分量选择对应的分块方式。
根据所述的支持alpha通道的无损图片压缩方法，其中分块方式包括：其中Y分量包括4x4、8x8、16x16三种分块方式，alpha分量和Cb/Cr分量只包括8x8分块。
根据所述的支持alpha通道的无损图片压缩方法，其中帧内预测包括：拆分数据，将所述宏块数据按照4个通道拆分为Y分量、Cb/Cr分量、alpha分量分别处理；选择预测方式，其中Y分量和Cb/Cr分量的最佳预测方式选择遵循H.264标准规定，alpha分量最佳帧内预测模式包括DC预测、水平预测、垂直预测及平面预测，选择代价最小的模式；将输入宏块数据与预测宏块数据的残差数据作为输出。
根据所述的支持alpha通道的无损图片压缩方法，其中对所述图像流数据基于alpha通道进行文件封装包括：将熵编码后的图像码流数据按照特定规则打包成码流文件，其中还包括基于H.264码流结构对alpha通道的码流数据处理，其中对alpha通道的码流数据处理包括宏块层处理、宏块预测处理及残差数据处理。
根据所述的支持alpha通道的无损图片压缩方法，其中该方法还包括：每执行完一个宏块数据的处理后，对整张图片的编码完整性进行检查，若未完成编码则，则选择下一个宏块数据进行处理，直至所有宏块数据完成处理。
根据所述的支持alpha通道的无损图片压缩方法，其中输入图像以16x16进行宏块数据划分。
本发明的技术方案还包括一种支持alpha通道的无损图片压缩装置，该装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法步骤。
本发明的技术方案一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现任一所述的方法步骤。
本发明的有益效果为：在H.264I基础上增加alpha通道的支持；压缩过程中没有用到量化，更有利于保证数据真实性；相比于png具有更高压缩率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
图1所示为根据本发明实施方式的总体流程图；
图2所示为根据本发明实施方式的无损压缩示意图；
图3所示为根据本发明实施方式的帧内预测流程；
图4所示为根据本发明实施方式的16x16划分宏块的处理流程图；
图5所示为根据本发明实施方式的装置图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
在本发明的描述中，对方法步骤的连续标号是为了方便审查和理解，结合本发明的整体技术方案以及各个步骤之间的逻辑关系，调整步骤之间的实施顺序并不会影响本发明技术方案所达到的技术效果。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
图1所示为根据本发明实施方式的总体流程图，该流程包括：帧内预测，基于H.264编码基础，通过alpha通道进行帧内预测，其中帧内预测通过输入图像的包括有Y、Cb、Cr三个分量以及alpha通道数据的宏块数据，输入宏块数据进行预测，得到宏块残差数据；变换，对宏块残差数据进行整数DCT变换处理；执行基于H.264的游程编码及熵编码的处理，得到图像流数据；对图像流数据基于alpha通道进行文件封装。
图2所示为根据本发明实施方式的无损压缩示意图，帧内预测
帧内预测在H.264编码方式基础上，增加了alpha通道支持。帧内预测模块的输入是图像中的一个宏块数据，包括Y、Cb、Cr三个分量以及alpha通道数据，输出为该宏块与预测宏块的残差数据。
帧内预测提供了4x4、8x8、16x16三种分块方式，每种分块也存在多种预测模式，比png和jpg的预测方式更加灵活准确：小的分块用于图像细节部分预测，可以提高预测精度；大的分块用于预测平坦的图像区域，能够在保证帧内预测精度同时降低码率。其中，Y分量支持3种分块方式，而alpha分量和Cb/Cr分量只支持8x8分块。
如图3，帧内预测可分为三个步骤：
1)拆分数据。宏块数据按照4个通道拆分为Y分量、Cb/Cr分量、alpha分量分别处理。
2)选择最佳分块方式和预测方式。Y分量和Cb/Cr分量最佳预测方式选择遵循H.264标准规定，alpha分量最佳帧内预测模式选择与Cb/Cr分量一致。Alpha分量只支持8x8分块方式，其预测有4种模式，DC prediction、horizontal prediction、verticalprediction、plane prediction。只需比较4种8x8分块模式的代价，选择代价最小的模式即可。
3)得到最佳预测方式后，将输入宏块数据与预测宏块数据的差值(即残差数据)作为该模块的输出。
变换，变换模块用到的变换方式来源于H.264整数DCT变换，该模块的输入为宏块残差数据，输出为变换后DCT系数。相比于png在时域中压缩数据，本发明通过变换后在频域压缩数据会更有优势。相比于H.264本发明在变换过程中没有使用量化，可以保证整个压缩过程中不会存在数据精度损失。
游程编，码游程编码模块与H.264实现一致。
熵编码，熵编码模块与H.264实现一致。
文件封装，文件封装模块是把熵编码后的图像码流数据按照特定规则打包成码流文件。本发明基于H.264码流结构增加了alpha通道相关的语法元素，主要修改了宏块层语法mb_layer、宏块预测语法mb_prediction、残差数据语法residual_data。
图4所示为根据本发明实施方式的16x16划分宏块的处理流程图，包括以下步骤：
把整张图像按16x16大小划分宏块；
按顺序取图像中的一个宏块；
分别对当前宏块的亮度、色度、alpha分量选择最佳分块方式以及预测方式；
计算当前宏块与预测宏块的残差数据；
对残差数据进行DCT变换、游程编码、熵编码；
按照本发明定义语法元素结构把该宏块各分量预测方式以及压缩后残差数据写入码流文件；
判断当前宏块是否为图像最后一个宏块，如果是则图片编码结束；如果不是，重新查找宏块进行重复处理。
本发明还提供了以下实施方式：
以32x32大小图片为例(假设颜色格式为RGBA8888)，说明本发明具体实施方法。
首先，把图片RGB三通道的数据转换为YUV444，alpha通道保持不变；
然后，将图片YUV、alpha四通道数据按照16x16大小划分为4个宏块，其中每个宏块包含1个16x16Y分量数据块、1个16x16大小U分量、1个16x16大小V分量、1个16x16大小alpha分量。划分后的宏块按照逐行扫描方式排序为mb_0、mb_1、mb_2、mb_3。
接着，按照顺序取一个宏块mb_x，分别对Y分量、UV分量和alpha分量计算最佳分块方式和预测方式。Y分量和UV分量最佳预测方式选择与H.264标准一致，alpha分量最佳预测方式运算过程可参考UV分量计算过程。假设当前宏块Y分量最佳分块方式为4x4，则16x16大小Y分量需要划分为16个4x4大小数据块，每个数据块预测方式可能不同；UV分量和alpha分量分块方式只能使用8x8方式，因此需要划分为4个8x8数据块，同时得到每个块的预测方式。根据分块方式和预测方式，可得到该宏块的预测结果mb_pred，则该宏块残差为residual＝mb_x-mb_pred。
之后再根据H.264规范对残差数据做DCT变换、流程编码、熵编码等一系列操作可得到该宏块压缩后的码流数据。
接下来把该宏块各个分量的预测方式以及残差数据按照本发明扩展的语法元素结构写入码流文件。
最后判断该图像所有宏块是否编码完成，如果不是，循环以上步骤；如果是，则该图片编码结束。
图5所示为根据本发明实施方式的装置图。装置包括存储器100及处理器200，其中处理器200存储有计算机程序，计算机程序用于执行：帧内预测，基于H.264编码基础，通过alpha通道进行帧内预测，其中帧内预测通过输入图像的包括有Y、Cb、Cr三个分量以及alpha通道数据的宏块数据，输入宏块数据进行预测，得到宏块残差数据；变换，对宏块残差数据进行整数DCT变换处理；执行基于H.264的游程编码及熵编码的处理，得到图像流数据；对图像流数据基于alpha通道进行文件封装。其中，存储器100用于存储数据。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种支持alpha通道的无损图片压缩方法，其特征在于，该方法包括：
帧内预测，基于H.264编码基础，通过alpha通道进行帧内预测，其中帧内预测通过输入图像的包括有Y、Cb、Cr三个分量以及alpha通道数据的宏块数据，输入所述宏块数据进行预测，得到宏块残差数据；
变换，对所述宏块残差数据进行整数DCT变换处理；
执行基于H.264的游程编码及熵编码的处理，得到图像流数据；
对所述图像流数据基于alpha通道进行文件封装。
2.根据权利要求1所述的支持alpha通道的无损图片压缩方法，其特征在于，所述帧内预测包括：
将图像划分为若干等分的所述宏块数据，所述宏块数据依据亮度、色度及alpha分量选择对应的分块方式。
3.根据权利要求2所述的支持alpha通道的无损图片压缩方法，其特征在于，所述分块方式包括：
其中Y分量包括4x4、8x8、16x16三种分块方式，alpha分量和Cb/Cr分量只包括8x8分块。
4.根据权利要求2所述的支持alpha通道的无损图片压缩方法，其特征在于，所述帧内预测包括：
拆分数据，将所述宏块数据按照4个通道拆分为Y分量、Cb/Cr分量、alpha分量分别处理；
选择预测方式，其中Y分量和Cb/Cr分量的最佳预测方式选择遵循H.264标准规定，alpha分量最佳帧内预测模式包括DC预测、水平预测、垂直预测及平面预测，选择代价最小的模式；
将输入宏块数据与预测宏块数据的残差数据作为输出。
5.根据权利要求1所述的支持alpha通道的无损图片压缩方法，其特征在于，所述对所述图像流数据基于alpha通道进行文件封装包括：将熵编码后的图像码流数据按照特定规则打包成码流文件，其中还包括基于H.264码流结构对alpha通道的码流数据处理，其中对alpha通道的码流数据处理包括宏块层处理、宏块预测处理及残差数据处理。
6.根据权利要求1所述的支持alpha通道的无损图片压缩方法，其特征在于，该方法还包括：每执行完一个宏块数据的处理后，对整张图片的编码完整性进行检查，若未完成编码则，则选择下一个宏块数据进行处理，直至所有宏块数据完成处理。
7.根据权利要求1所述的支持alpha通道的无损图片压缩方法，其特征在于，所述输入图像以16x16进行宏块数据划分。
8.一种支持alpha通道的无损图片压缩装置，该装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-7任一所述的方法步骤。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一所述的方法步骤。
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