CN1301003C - 用于压缩16位彩色图像的颜色空间变换的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于压缩16位彩色图像的颜色空间变换的方法。在传统的图像或视频压缩技术基础上，例如JPEG系列、MPEG系列、H.26X系列，编码端增加24位RGB格式到16位RGB格式的转化，并采用该颜色空间变换方法，可以去除输入端多余的信息并简化解码端的操作步骤，从而可以降低解码复杂度，提高视频压缩质量。

Description

用于压缩16位彩色图像的颜色空间变换的方法

技术领域

本发明涉及便携移动设备相关的多媒体技术领域，特别是涉及一种用于压缩16位彩色图像的颜色空间变换的方法。

背景技术

随着便携移动设备的普及，例如个人数字助手(PDA)，手机等，基于便携移动设备的多媒体应用大量涌现。便携移动设备存在计算能力弱、电池寿命短、液晶显示板为16位彩色等问题；而多媒体中，视频解码的计算复杂度相对较高，因此传统的视频编码方式用于便携移动设备，无法满足用户对多媒体尤其是视频技术相关应用的需求。针对便携设备固有特点，对通用视频编解码技术进行改造，可以提高视频解码的处理速度和视频压缩算法的性能。

所谓用于压缩图像的颜色空间变换，是指对输入的数字图像进行线性变换，映射到对应压缩算法所定义的颜色空间。该颜色空间适用于数字图像及视频的压缩。这里的数字图像，包括通常的数字图像和数字视频序列中的帧。

数字图像及视频编码技术普遍采用YCrCb作为用于压缩的颜色空间。当输入为RGB图像时，该颜色空间将RGB颜色信息分成一个亮度分量Y和两个色度分量CrCb。由于人眼对亮度的敏感程度远大于色度，因此在压缩过程对亮度进行1∶1采样，而对色度进行小于等于1∶1的采样，从而实现一定程度的压缩。目前，传统压缩技术将24位RGB图像变换为YCrCb格式。

如前所述，便携移动设备的液晶显示板不支持24位RGB格式的图像，而是支持16位RGB格式图像，包括RGB565和RGB555两种具体格式。采用传统的压缩技术，显示端必须将解码后的图像由YCrCb先转换到24位RGB格式，然后再变成可以显示的16位RGB格式。这样的方法必然会增加运算量，同时RGB24格式比RGB16格式包含了更多的颜色信息，而这些信息在只支持RGB16格式的显示设备上是多余的。

如果能针对RGB16颜色空间的特点，定义一个从RGB16到YCrCb的颜色空间映射，则可以提高压缩效率，并降低解码复杂度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于压缩16位彩色图像的颜色空间变换的方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：

1)编码时，将16位RGB格式的彩色图像按照公式(1)变换到新的颜色空间，命名为rYCrCb，该颜色空间的性质同YcrCb一样，RGB颜色信息分成一个亮度分量Y_r和两个色度分量Cr_r、Cb_r，可以用于压缩；后续的压缩过程，包括采样、DCT变换、量化、游程编码、变长编码，可在所得变换结果上，根据现有的图像或者视频压缩标准，包括JPEG系列、MPEG系列、H.26X系列，采用其编码算法步骤，进行即可；

Y_r＝R+G+B

Cb_r＝4B-Y_r＝-R-G+3B                (1)

Cr_r＝4R-Y_r＝3R-G-B

其中：R，G，B分别代表16位RGB图像中象素点的R，G，B三个分量的数值，Y_r代表rYCrCb空间中亮度分量，Cb_r、Cr_r分别代表rYCrCb空间中两个色度分量；下面的公式(2)是公式(1)的矩阵形式表达；

$\left[\begin{array}{c}{Y}_r\\ {\mathrm{Cb}}_r\\ {\mathrm{Cr}}_r\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ -1& -1& 3\\ 3& -1& -1\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]---\left(2\right)$

其中：符号与公式(1)的相同；

2)解码时，首先根据现有的图像或者视频压缩标准，包括JPEG系列、MPEG系列、H.26X系列，进行变长码解码、反扫描、反量化、IDCT解码算法步骤，得到rYCrCb空间上的数据；然后，根据公式(3)的反变换方法得到16位RGB格式的数据，直接输出到便携设备显示；

G＝(2Y_r-Cb_r-Cr_r)//4

R＝(Y_r+Cr_r)//4               (3)

B＝(Y_r+Cb_r)//4

其中：字母符号与公式(1)相同，“//”表示四舍五入。

本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：

本发明是一种全新的颜色空间变换的方法。它适用于16位RGB彩色图像或者视频的压缩。在传统的图像或视频压缩技术基础上，例如JPEG系列、MPEG系列、H.26X系列，编码端增加24位RGB格式到16位RGB格式的转化，并采用该颜色空间变换方法，可以去除输入端多余的信息并简化解码端的操作步骤，从而可以降低解码复杂度，提高视频压缩质量。

具体实施方式

在实施数字图像或者视频压缩时，所有算法必须在某一特定的颜色空间上进行。例如，在当前广泛采用的压缩标准，JPEG系列、MPEG系列、H.26X系列，当输入的数字图像或者视频的格式为RGB24时，则使用推荐的变换公式，变换到YCrCb空间，然后进行采样、DCT变换、量化、游程编码和变长编码等压缩步骤；如果格式为RGB16时，则通过补位把RGB16格式变换到RGB24格式，然后进行上述操作步骤。解码过程则反之，最终可得到RGB24格式的图像或者视频；如果需要显示RGB16格式，则通过截位把RGB24格式变换到RGB16格式。在此过程中，压缩空间为YCrCb空间。

在便携移动设备上，若针对RGB16格式的图像或者视频压缩，采用本发明设计的压缩空间rYCrCb空间，只需将上述过程中颜色空间变换模块进行替换即可。具体步骤如下：

编码时，当输入的数字图像或者视频的格式为RGB16时，使用公式(1)，将数据变换到rYCrCb空间；如果格式为RGB24，则通过截位将RGB24格式变换到RGB16格式，再使用公式(1)。在压缩空间rYCrCb上，即可采用传统的采样、DCT变换、量化、游程编码和变长编码等压缩步骤进行压缩。该步骤可以消除多余的信息，可以提高压缩效率。

解码时，首先根据现有的图像或者视频压缩标准，包括JPEG系列、MPEG系列、H.26X系列，进行变长码解码、反扫描、反量化、IDCT解码算法步骤，得到rYCrCb空间上的数据；然后，使用公式(3)，即可得到RGB16格式的图像或者视频，直接输出到支持RGB16格式的显示设备。因此，该方法的解码复杂度低，效率则更高。

Claims (1)

1.一种用于压缩16位彩色图像的颜色空间变换的方法，其特征在于：

1)编码时，将16位RGB格式的彩色图像按照公式(1)变换到新的颜色空间，命名为rYCrCb，该颜色空间的性质同YcrCb一样，将RGB颜色信息分成一个亮度分量Y_r和两个色度分量Cr_r、Cb_r，可以用于压缩；后续的压缩过程，包括采样、DCT变换、量化、游程编码、变长编码，可在所得变换结果上，根据现有的图像或者视频压缩标准，包括JPEG系列、MPEG系列、H.26X系列，采用其编码算法步骤，进行即可；

Y_r＝R+G+B

Cb_r＝4B-Y_r＝-R-G+3B    (1)

Cr_r＝4R-Y_r＝3R-G-B

其中：R，G，B分别代表16位RGB图像中象素点的R，G，B三个分量的数值，Y_r代表rYCrCb空间中亮度分量，Cb_r、Cr_r分别代表rYCrCb空间中两个色度分量；下面的公式(2)是公式(1)的矩阵形式表达；

$\left[\begin{array}{c}{Y}_r\\ {\mathrm{Cb}}_r\\ {\mathrm{Cr}}_r\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ -1& -1& 3\\ 3& -1& -1\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]---\left(2\right)$

其中：符号与公式(1)的相同；

2)解码时，首先根据现有的图像或者视频压缩标准，包括JPEG系列、MPEG系列、H.26X系列，进行变长码解码、反扫描、反量化、IDCT解码算法步骤，得到rYCrCb空间上的数据；然后，根据公式(3)的反变换方法得到16位RGB格式的数据，直接输出到便携设备显示；

G＝(2Y_r-Cb_r-Cr_r)//4

R＝(Y_r+Cr_r)//4             (3)

B＝(Y_r+Cb_r)//4

其中：字母符号与公式(1)相同，“//”表示四舍五入。