CN1367613A - 图像压缩装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种图像压缩装置和方法,使用先验知识将从摄象机或其它输入介质中输入的图像分离为至少多于两个的分层图像,并按照每个相应层次压缩每个分离的图像,改善图像压缩性能。图像压缩装置包括:图像接收机,存储输入的图像数据,知识数据库,通过应用先验知识以适当形式将图像数据存储到数据库,层次分离器,将数据库中的每个存储图像数据分别分离为几个分层图像,分层图像存储器,分别存储每个分离的分层图像,分层图像压缩器,压缩每个分离的分层图像,压缩数据存储器,存储分层图像压缩器中的压缩图像数据,解码器,解压缩压缩的数据,预测解压缩图像存储器,存储解码器中恢复的数据,知识数据库控制器,应用预测解压缩图像,管理和更新知识数据库中的信息。

Description

图像压缩装置和方法
技术领域
本发明涉及一种图像压缩装置和方法，它使用先验知识将从摄象机或其它图像介质中输入的图像分离为至少多于两个的分层图像，并按照每个相应层次压缩每个分离的图像。从而，按照本发明的图像压缩装置和方法能够改善图像压缩性能。
背景技术
最近的多媒体发展允许可视信息在各种领域中被处理，比如移动通信和数字视频记录器。但是，可视信息的数据规模非常大，以致于需要大的存储空间或具有大的带宽的网络来处理可视信息。
因为需要太多的费用来建立如此巨大的存储空间或具有大的带宽的网络，所以希望存储和传输压缩图像数据来减少费用。
有几种压缩图像的标准方法，比如联合图像专家组(JPEG)，运动图像专家组(MPEG)，H.261和H.263，还有许多对那些标准方法进行微小改动的方法。
但是，作为标准建立的压缩方法主要分为两类方法。两类方法之一是静态图像压缩方法，该方法一个一个地压缩各个图像。换句话说，静态图像压缩方法通过不应用图像之间的相关性，而应用离散余弦变换(DCT)或小波变换来进行压缩图像。
另一种方法是运动图像压缩方法，该方法应用图像序列间的相关性来实现更高的压缩性能。换句话说，运动图像压缩方法使用主要从时间顺序的图像中提取的运动信息。
以上说明的传统压缩方法将图像压缩为简单的数值变换或仅利用物体的移动。因此，传统的压缩方法不适宜特定的领域，而只适于普通的领域。
结果，这种应用于普通领域的限制失去了特定领域的先验知识可以用于在特定领域中压缩图像的优点。
换句话说，可视信息包括各种复杂的物体。比如，在数字图像监视系统中，输入图像包括过道、门、椅子和乘客。
因此，那些物体按照预定标准可以划分为几个组。按照移动标准，上述例子中的那些物体可以分类为三个组，其中一个组包括过道和墙，另一个组包括门和椅子，第三组包括乘客。另一个观点是，上述例子中的那些物体可以分类为五组，上述每个物体分别作为一个组考虑。
分组图像意思是，在压缩图像时，压缩性能可以通过应用在每个组的信息和属于相应组物体之间的相关性得到改善。
但是，按照分类标准图像可以分组为各种类型。通常，最好的分组方法是难以决定的，因为特定领域中最优化的分组方法不能在其它领域具有同样的压缩性能。
因此，对分组图像有效应用先验知识是很重要的。
例如，多数数字图像监视系统长期观察预定地点。因此，有关数字图像监视系统内自身变化的信息，比如摄象机的移动和当前时间，即使在输入图像变化时也能很容易地识别。
因此，通过将图像分类为至少多于一个的组，比如变化图像、未变图像和仅改变具体特性的图像，可以获得更有效的压缩性能。尤其是，通过应用初步知识，比如摄象机的移动和当前时间，可以获得最大压缩效果。
发明内容
为了实现上述目的，本发明的优选实施例提供一种图像压缩装置，包括：图像接收机，用于存储从视频摄象机或其它图像介质输入的图像数据，知识数据库，用于通过应用初步知识以适当的形式将图像数据存储到数据库，层次分离器，用于通过应用存储在知识数据库中的信息分别将每个输入图像分离为几个分层图像，分层图像存储器，用于分别存储每个分离的分层图像，分层图像压缩器，用于压缩每个分离的分层图像，压缩数据存储器，用于存储分层图像压缩器中的压缩图像数据，解码器，用于解压缩压缩的数据，预测解压缩图像存储器，用于存储解码器中恢复的数据，和知识数据库控制器，用于应用预测解压缩的图像存储器中的预测解压缩图像以便管理和更新知识数据库中的信息。
本发明的另一个目的是提供一种图像压缩方法包括步骤：通过对输入图像应用初步知识建立知识数据库，将输入图像临时存入存储器，更新有关输入图像的知识数据库，通过应用知识数据库将输入的图像分离为分层图像，按照相应的分离层次分别压缩分离的分层图像数据，通过合并压缩的分离数据产生压缩数据，解码上述步骤中的压缩数据以产生恢复的图像，和更新在知识数据库中的恢复的图像。
再有，将输入图像分离为分层图像的步骤将输入图像分离为至少两个分层图像，包括有背景图像的图像和没有背景图像的图像。
再有，没有背景图像的图像被分离为变化图像和未变图像。
再有，在知识数据库中更新恢复的图像的步骤是在输入图像块和相应中间背景图像块之间的差超过阈值时，中间背景图像代替输入图像并初始化等级整数为‘0’，在输入图像块和相应中间背景图像块之间的差小于阈值时，中间背景图像将等级整数增加‘1’，在分别具有超过预定值的等级整数的块的数量超过阈值时，背景图像更新块的图像。
附图说明
为了获得对本发明和其中的优点更全面的理解，现在参考以下结合相应附图的描述，其中同样的附图标记表示相同的部分，并且其中：
图1是按照本发明的优选实施例的图像压缩装置的方框图；
图2a和图2b是按照本发明的优选实施例的图像压缩方法的流程图；和
图3是说明按照本发明的优选实施例的分离图像和背景图像的示例图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在相应附图中说明。
图1是按照本发明的优选实施例的图像压缩装置的方框图。按照本发明的优选实施例的图像压缩装置包括图像接收机10，知识数据库11，层次分离器12，分层图像存储器13，分层图像压缩器14，压缩数据存储器15，解码器16，预测解压缩图像存储器17，和知识数据库控制器18。
在这种情况下，图像接收机10存储从视频摄象机或其它图像介质输入的图像数据，并且知识数据库11通过应用先验知识以适当的形式将图像数据存储到数据库。再有，层次分离器12通过应用存储在知识数据库中的信息分别将每个输入图像分离为多于两个的分层图像，并且分层图像存储器13分别存储每个分离的分层图像。另外，分层图像压缩器14压缩每个分离的分层图像，并且压缩数据存储器15存储分层图像压缩器14中合并为一个数据流的压缩图像数据。再有，解码器16解压缩压缩的数据，并且预测解压缩图像存储器17存储解码器16中解压缩的数据。最后知识数据库控制器18应用预测解压缩图像存储器17中的解压缩图像、输入图像和外部输入来管理和更新知识数据库11中的信息。
图2a和图2b是按照本发明的优选实施例的图像压缩方法的流程图。按照本发明的优选实施例的图像压缩方法包括步骤：通过对输入图像应用先验知识建立知识数据库(S200)，将输入图像临时存入存储器(S210)，更新关于输入图像的知识数据库(S220)，通过应用知识数据库将输入的图像分离为分层图像(S230)，按照相应的分离层次分别压缩分离的分层图像数据(S240)，通过合并压缩的分离数据产生压缩数据(S250)，解码上述步骤中的压缩数据以产生恢复的图像(S260)，和更新在知识数据库中的恢复的图像(S270)。
如图2b所示，将输入图像分离为分层图像的步骤(S230)包括分离步骤(S231)，将输入图像分离为最少两个分层图像，其中一个包含背景图像而另一个不包含背景图像。
将输入图像分离为分层图像的步骤还包括步骤(S232)，在比较没有背景图像的当前图像和没有背景图像的前一图像时，将没有背景图像的当前图像分离为当前变化图像和当前未变图像。
更详细地，如图2a所示，本发明的实施例建立初始知识数据库，该数据库存储将输入图像分离为分层图像(S200)所必须的先验知识。
然后，附加的装置将从视频摄象机或其它的输出和视频摄象机同样信号的装置输入的模拟信号转换为数字信号，并且转换后的数字信号临时存入存储器中。或者，知识数据库控制器18直接从输出数字信号的装置接收数字信号，并临时存储数字信号(S210)。
在这种情况中，对知识数据库控制器18的数字信号的临时存储包括预处理，比如彩色调整转换和比例缩放。
作为接下来的步骤，知识数据库控制器18分析输入图像并和知识数据库11中的信息进行比较，来更新知识数据库11的信息以适应变化的情况(S220)。此时，知识数据库11可以按照层次分离方法具有任意的结构。
因此，当图像通过图像接收机10从视频摄象机或其它的输出和视频摄象机同样信号的装置输入时，层次分离器12分离输入的图像数据。具体地说，层次分离器12根据先前建立在知识数据库11中的数据，将输入图像分离为几个分层图像(S230)。
如图2b所示，层次分离将输入图像分离为至少多于两个的分层图像，例如具有背景图像的图像和没有背景图像的图像(中间背景图像)。
换句话说，输入图像的层次分离单独存储当前背景图像和用于更新当前背景图像的中间背景图像(S231)。此时，图像被划分为预定的大小(比如，8×8的小单元块)，并且每个块存储背景图像的信息。
如图3所示，当图像连续输入时中间背景图像和背景图像被更新。在这种情况中，当背景图像和中间背景图像被初始化时，背景图像和中间背景图像不被指定。
在存储背景图像和中间背景图像时，知识数据库控制器18以每个块(按照循环运动的块)为单位比较输入图像和背景图像。当根据比较的差值超过预定阈值时，输入图像再与中间图像进行比较。
因此，当输入图像的块与相应中间背景图像的块之间的差超过阈值时，中间背景图像代替输入图像并初始化等级整数(grade integer)为‘0’。另外，当输入图像的块与相应中间背景图像的块之间的差小于阈值时，中间背景图像将等级整数增加‘1’。如果分别具有超过预定值的等级整数的块的数量超过阈值时，背景图像更新块的图像。
当摄象机与电子旋转器连接时，知识数据库控制器18检测用于操作电子旋转器的命令以初始化背景图像和中间背景图像。
另外，通过应用输入图像和外部输入更新知识数据库后，层次分离器12比较输入图像和背景图像，并将输入图像分离为具有背景图像的分层图像和没有背景图像的分层图像。
再有，在层次分离器12中，每个输入图像被分离为多于两个的分层图像，并且每个分离图像存储在相应的每个分层图像存储器13中。另外，每个分层图像压缩器14通过应用适当的压缩方法，比如JPEG或MPEG，压缩每个分层存储图像数据(S240)。此时，分层图像压缩可以应用各种压缩方法，并且同一压缩方法可以用于不同的步骤。
然后，分层图像压缩器14中的分层压缩图像数据在压缩数据存储器15中合并以产生压缩图像数据(S250)。从而在每个分层图像压缩器14中产生的数据合并为一个数据流。
然后，解码器16解压缩和恢复压缩数据存储器15中包括一个数据流的压缩图像数据(S260)，并且解压缩和恢复的图像数据在预测压缩图像存储器17中产生恢复的图像。再有，恢复的图像数据通过知识数据库控制器18更新知识数据库11，从而知识数据库控制器18对此后输入的图像应用输入图像和压缩图像间的差值信息。
如上所述，按照本发明的优选实施例根据输入图像先验知识建立知识数据库。此后，在对输入图像更新知识数据库时，通过应用知识数据库，输入图像被分离为分层图像，此时，按照本发明的优选实施例比较输入图像和背景图像。最后，在背景图像被分离为具有背景图像的分层图像和没有背景图像的分层图像后，按照本发明的优选实施例压缩分层图像。结果图像压缩性能得以改善。
本发明参考它的优选实施例已经被详细示出和描述，同时，本领域技术人员可以理解，前述和其它的在形式和细节上的变化可以不偏离本发明的宗旨和范围而进行。

Claims (5)

1.一种图像压缩装置，包括：
图像接收机，用于存储从各种图像介质输入的图像数据；
知识数据库，用于通过应用先验知识以适当的形式将图像数据存储到数据库；
层次分离器，用于通过应用存储在知识数据库中的信息分别将每个输入图像分离为几个分层图像；
分层图像存储器，用于存储每个分离的分层图像；
分层图像压缩器，用于压缩每个分离的分层图像；
压缩数据存储器，用于存储分层图像压缩器中的压缩图像数据；
解码器，用于解压缩压缩的数据；
预测解压缩图像存储器，用于存储解码器中恢复的数据；和
知识数据库控制器，用于应用预测解压缩图像存储器中的预测解压缩图像以便管理和更新知识数据库中的信息。
2.一种图像压缩方法，包括：
通过对输入图像应用先验知识建立知识数据库的步骤；
将输入图像临时存入存储器的步骤；
更新有关输入图像的知识数据库的步骤；
通过应用知识数据库将输入的图像分离为分层图像的步骤；
按照相应的分离层次分别压缩分离的分层图像数据的步骤；
通过合并压缩的分离数据产生压缩数据的步骤；
解码上述步骤中的压缩数据以产生恢复的图像的步骤；和
在知识数据库中更新恢复的图像的步骤。
3.按照权利要求2的图像压缩方法，其中将输入图像分离为分层图像的步骤将输入图像分离为至少两个分层图像，包括有背景图像的图像和没有背景图像的图像。
4.按照权利要求3的图像压缩方法，其中没有背景图像的图像被分离为变化图像和未变图像。
5.按照权利要求2的图像压缩方法，其中在知识数据库中更新恢复的图像的步骤是在输入图像的块和相应中间背景图像块之间的差超过阈值时，中间背景图像代替输入图像并初始化等级整数为‘0’，在输入图像块和相应中间背景图像的块之间的差小于阈值时，中间背景图像将等级整数增加‘1’，在分别具有超过预定值的等级整数的块的数量超过阈值时，背景图像更新分块的图像。
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