CN1625893A - 利用变长色码对调色板处理的彩色图像进行压缩 - Google Patents

Abstract

通过如下步骤对彩色图像进行压缩(1)：将可变长度的色码与图像的每种颜色相关联，然后形成分别表示彩色图像的各像素的二进制色码的一位位置的位平面(51－54)。采用例如范式霍夫曼算法优化所述可变长度代码。即使对于(例如16×16像素的)简单图标和特殊字符图像，压缩率也很高。解压缩简单、快速且资源成本低廉。在其它各种用途中，所述图像解压缩方法适用于具有彩色LCD显示屏的蜂窝电话。

Description

利用变长色码对调色板处理的彩色图像进行压缩

本发明一般涉及对彩色图像进行压缩的方法和装置、压缩的彩色图像以及对彩色图像进行解压缩的方法和装置。

图像是利用二维像素阵列以数字化形式表现的。图像像素阵列的大小各不相同，可以从非常简单的字符或图标图像的16×16像素阵列到既大又详细的图像的1024×1024(或更多)像素阵列。对于只有两种色彩明暗、如黑和白的二值图像来说，每个像素可以用一个二进制值表示。另一方面，彩色图像需要每像素8位或甚至24位来表示期望的颜色范围，因此包含比二值图像多得多的数据。非常需要对彩色图像进行压缩以实现高效的数据传输和数据存储。

已经提出了许多种图像压缩技术，它们大多数属于面向数据流的。这些面向数据流的技术一般在图像较大且复杂的情况中很有效，但将其应用于孤立的单个简单图标或字符图像时则没有效率。还有，解压缩多半需要较昂贵的资源。

彩色图像广范应用于各种环境中。一个新兴的领域涉及便携式通信设备、如蜂窝电话，它们具有彩色显示装置，如彩色LCD(液晶显示器)显示屏。在此类型的设备中，系统资源受到约束，具体说是例如ROM、RAM和计算能力等资源。首先，需要使设备的物理尺寸最小。其次，还需要使设备中组件的成本最低。第三，需要使功耗最低。第四，通常需要较快地显示图像，从而导致时间约束。因此，需要一种适用于系统资源受限环境的图像压缩和解压缩方法和装置。具体来说，需要提供一种压缩图像，这种图像可以由小型快速的、使用最少的存储资源且计算成本不高的解码器来解压缩。

美国专利5659631(Ricoh)公开了一种用于彩色图像的数据压缩系统，它生成彩色平面集合，作为可选方案之后还可生成位平面集。每个彩色平面和位平面是一位二进制值的二维阵列，类似于二值图像的单个位平面，这样便于进行高效编码。但是，这种彩色平面和位平面集未实现对图像的最优压缩，且解压缩仍然是资源密集型的。

本发明的目的在于提供一种对彩色图像进行压缩和解压缩的方法和装置，以解决现有技术的上述或其它方面的问题。至少本发明优选实施例的目的在于处理彩色图像的压缩问题以使解压缩适合于系统资源受限的环境，以及处理此环境中的解压缩问题。另一优选目的在于实现对单个图标或字符图像进行高效的图像压缩和解压缩。

根据本发明的第一方面，提供一种对彩色图像进行压缩的方法，它包括如下步骤：生成多个位平面，每个位平面包含一个二进制值的二维阵列；以及对所述多个位平面进行编码；其特征在于：根据所述彩色图像中的像素颜色形成一组二进制色码，其中所述二进制色码是可变长度的；以及

生成所述多个位平面以表示应用于彩色图像的所述变长二进制色码的相应位位置。

在此方法中，最好是对应于待压缩的彩色图像中所用的每种颜色形成一个变长二进制色码。赋予每个二进制色码的长度是最佳的。因此，一些二进制色码较短，便于表示彩色图像中出现次数非常频繁的那些颜色，而其它二进制色码则较长，便于表示彩色图像中不常出现的那些颜色。

在一个实施例中，可以通过霍夫曼(Huffman)算法(优选范式霍夫曼算法)来确定赋予每种颜色的变长二进制色码。因此，可变长度的色码得以优化。具体地说，希望利用增加位平面集中的冗余度的变长二进制色码组来对原始图像中的高相关性颜色进行编码。

在一优选实施例中，所述方法包括形成二进制色码的第一分配值，然后连续尝试备选的色码分配值，直到发现产生最小压缩图像的最佳色码为止。最好通过如下步骤查找最佳色码分配值：(a)选择所述变长二进制色码的第一树形状以及叶子的初始颜色分配值，并形成第一压缩图像版本；(b)通过逐次交换一对叶子并形成连续的压缩图像版本来评估备选的叶子分配值，直到确定最佳叶子分配值为止；以及(c)通过连续修改所述树形状并重复评估备选叶子分配值的步骤(b)来评估备选树形状集合，从而从所述集合中选择最佳树形状和最佳叶子分配值。

本方法最好包括根据多个初始彩色图像中所用的颜色形成一组变长二进制色码。这里，通过对一组相似的彩色图像，如一组图标或特殊字符中的每个图像使用相同的色码来减少控制开销。

本方法最好包括将原始彩色图像划分成一组初始图像，如根据原始图像的不同区域或根据原始图像的不同颜色分量来划分。对于大的或非常详细的图像，为每个区域生成不同的色码可能更有效，从而得到更小的压缩图像。

变长二进制色码用于将彩色图像分解成多个位平面。每个位平面表示二进制色码的一位位置，即变长二进制色码按位分解以形成位平面集。最好首先生成的位平面表示对应于二进制色码组中的每个色码的第一位位置的二进制值。第二及后续的位平面分别表示所述二进制色码中的第二及后续位位置。便利的是，如果某位位置不在特定的二进制色码中(例如，因为该代码比正在检验的当前位置短)，则在对应的位平面中形成一个空穴。这些空穴可使第二或后续位平面的大小大大减小。

这些位平面经由任何适当的编码方案来编码。对位平面进行编码最好包括上下文建模(context-modeling)和熵编码的步骤。

最好是，根据预定的编码深度将上下文建模应用于位平面集的一个子集上，以生成编码的比特流。后续的位平面不进行编码，这些未编码的位平面构成未编码的比特流。在另一个优选实施例中，将位平面集划分成一个以上的组，对每个组应用不同的编码方案。例如，对第二组应用采用更小模板的更简单的上下文建模步骤，对第三组则不进行编码。这些组可以分别按编码深度来定义，以确定每个后续组中位平面的最大数量。

本发明还可推广到按本文所定义的方法产生的压缩彩色图像信号。

根据本发明的第二方面，提供一种用于对彩色图像进行压缩的图像编码器，它包括：彩色编码装置，用于将变长二进制色码与待压缩的原始彩色图像中所用的颜色相关联；位平面生成器，用于生成一个位平面集，每个位平面表示所述变长二进制色码的一位；以及位平面编码装置，用于对所生成的位平面集进行编码以形成压缩图像。

根据本发明的第三方面，提供一种用于对压缩图像进行解压缩的方法，它包括如下步骤：读取表示变长二进制色码与压缩图像的颜色的关联关系的色码；对分别表示所述变长二进制色码的一位的一个或多个编码位平面进行解码；确定压缩彩色图像的每个像素所对应的变长二进制色码；以及以相关的颜色取代每个像素的变长二进制色码。

最好是针对每个像素，对编码位平面进行解码的步骤包括：对编码位平面之一的位值(bit value)解码；如果所述位值解决了二进制颜色值，则忽略后续位平面，否则对后续位平面的位值解码，直到解码的位值解决了二进制色码或达到最后一个编码位平面为止。

最好是通过组合从对应于每个像素位置的一个或多个编码位平面和零个或多个未编码位平面中提取的位位置来确定该像素的变长二进制色码。

最好是对编码位平面进行解码的步骤包括熵编码和上下文建模，其中利用模板来定义正被解码的像素附近的像素集合，所述模板形状对所有编码位平面中的所有像素都保持不变。

最好是上下文建模的步骤包括：当模板从第一像素位置(P1)移到第二像素位置(P2)时，通过保留与第二像素位置重叠的第一像素位置的上下文值以增量方式取(incrementally fetching)上下文值。

最好是，对位平面进行解码并确定每个像素的变长二进制色码的步骤包括形成字节阵列，其中，对应于每个像素，将该像素的位平面集按位降序(或升序)存储在单个字节(或其它长度的存储位置)中。

根据本发明的第四方面，提供一种用于对压缩彩色图像进行解压缩的图像解码器，该图像解码器包括：彩色解码装置，用于根据一组变长二进制色码为解压缩图像的每个像素分配颜色；位平面累加器，用于根据多个位平面生成二进制色码；以及位平面解码装置，用于对压缩图像的编码位平面集进行解码并予以重建。

本发明还可扩展到集成了图像解码器和/或图像编码器的装置。该装置可以包括但不限于显示装置，如电视机；媒体再现装置如盒带式录像机或数字视频光盘播放器；图像处理系统如打印机、扫描仪、照相机、或录像机；通用计算设备如掌上型计算机；或者电信装置如蜂窝电话。此列表是非穷举性的，本发明还适用于各种各样的实际设备。具体来说，本发明适用于设备系统资源受限的场合。

为了更好地理解本发明以及说明如何实施本发明，将参考附图中的示例，附图中：

图1是用于彩色图像进行压缩和解压缩的优选装置的示意图；

图2是用于对彩色图像进行压缩的优选方法的示意概图；

图3说明例示的彩色图像；

图4显示分配给图3的例示彩色图像的色码；

图5是说明例示彩色图像中每种颜色出现频率的表；

图6是二进制色码的例示二叉树表示；

图7显示例示位平面；

图8是优化变长二进制色码分配的优选方法的示意概图；

图9是说明压缩和解压缩过程中的数据流的示意图；

图10是用于对彩色图像进行解压缩的优选方法的示意概图；

图11显示位平面上下文建模过程中所采用的例示模板；

图12显示在第一和第二像素位置之间移动的例示模板；以及

图13是对压缩彩色图像进行压缩和解压缩过程中所用的优选数据存储布局。

图1是用于对彩色图像进行压缩的优选装置和用于对彩色图像进行解压缩的优选装置的示意方框图。图像编码器10对原始图像1进行压缩，以形成压缩图像2。压缩图像2根据需要予以存储或传输。之后，压缩图像2由图像解码器20进行解压缩，而形成解压缩的图像3。这里，希望解压缩的图像3可以忠实地重建原始图像1，即希望压缩和解压缩是无损的。

图像编码器10包括：彩色编码装置12，用于形成与原始图像1中所用的颜色集相关的二进制色码；位平面生成器14，用于根据所述二进制色码生成位平面集；以及位平面编码装置，它包括上下文建模器16和用于对生成的位平面进行编码以形成压缩图像2的位平面编码器18。

图像解码器20包括：彩色解码装置22，用于根据一组二进制色码为解压缩的图像3的每个像素分配颜色值；位平面累加器24，用于根据位平面集生成二进制色码；以及位平面解码装置，它包括上下文建模器26和用于对压缩图像2的位平面集进行解码的位平面解码器28。

在优选实施例中，图像编码器10和图像解码器20配置在物理上分开的设备平台上，当然也可以对单个设备加以调整，以适于执行压缩和解压缩二种功能。作为一个优选实施例，可方便地将图像编码器10设置在通用计算平台中，而将图像解码器20方便地嵌入到蜂窝通信设备中。图像解码器20用于从例如存储器(未显示)接收压缩图像2，并将解压缩的图像3传送到显示器25，如256色的LCD显示器。这里应理解，图像解码器20可获得的系统资源，如时间、存储量和计算能力受限于运行图像解码器的设备的特性。

图2是用于对彩色图像进行压缩的优选方法的示意概图。现在参考图2所示的方法，详细说明图像编码器10的功能和操作。

假定原始彩色图像1包含两种以上的颜色，当然也不排除对二值图像进行压缩和解压缩。二值图像和彩色图像都可以由同一种装置和方法来处理，在此情况下将二值图像作为简单形式的彩色图像来处理。原始图像中每个像素的颜色(或色调)通过该像素颜色的显式表示或参照全色调色板(例如8位或24位彩色)来定义。原始图像1可以任何适合于计算或以其它方式确定每个像素的颜色的格式接收。

作为初始步骤，可能需要将原始图像1的颜色局限于已知显示装置可以显示的预定调色板，如已知彩色LCD显示器25可以产生的256色的调色板。便利的是，当显示器的调色板中没有原始彩色图像的颜色时，则选择最匹配的颜色。这样，就形成了准备进行压缩的初始彩色图像。

在图2中，步骤201包括确定用于初始彩色图像1中的颜色集合。步骤201还包括确定每种颜色出现的频率(像素区域(pixel area))。实际上，任何一个图像所采用的颜色集合仅是可用彩色调色板的一个很小的子集，例如仅仅是256色显示器调色板中的5或10或20种颜色。因此，基于特定彩色图像中所用的彩色来进行图像压缩，并分别记录所用的每种颜色是方便的。

步骤202包括形成表示初始彩色图像中所用颜色集的一组变长二进制色码。选择分配给每种颜色的二进制色码的长度，以优化彩色图像中的熵。步骤201和202方便地通过彩色编码装置12来执行。

以后解压缩过程需要知道已形成的该图像的变长二进制色码组。色码结构的定义和对应的真实颜色存储在压缩彩色图像3的起始位置上，作为色码引用31。

步骤203包括生成多个位平面，这些位平面是在位平面生成器14中根据每个像素的变长二进制色码导出的。方便的是，至少导出第一位位置的满位平面，它为所有变长二进制色码公用。第二及后续位平面可包含空穴，其中较短的变长二进制色码在该位位置上没有值。因此，相继的位平面往往逐渐变小，因为较长的二进制色码往往用于彩色图像中不常出现的颜色。

步骤204包括对生成的位平面进行编码。简言之，步骤204包括在上下文建模器16中对位平面进行上下文建模，以及随后在熵编码器18中进行熵编码。对位平面集进行高效编码的技术是众所周知的，这里将不作详述。作为一个实例，参见G.L.Langdon和J.Rissanen所著的“Compression of B1ack and White Images with ArithmeticCoding”(IEEE Transactions on Communications，Vol.29，No.6，pp858-867)。该参考文献讨论了利用静态或自适应上下文建模和算术编码对二值(黑白)图像的位平面进行编码的技术。所引用的技术适用于位平面集中的每一个位平面，以生成压缩图像2的编码数据。就对位平面集进行上下文建模和熵编码而言，可以有许多选择。

为了更详细地说明本发明的图像压缩方法和装置，下面将参考图3至图7所示的简化实例。

图3显示了8×8像素图标形式的简单彩色图像。在更实际的实施例中，彩色图像是图标或特殊字符，如由15×15或16×16或28×28像素级阵列表示的汉字字符。像素阵列可以是任何大小的，不必为正方形。

在本实例中，每个像素的颜色为256色之一，由8位颜色值表示。图3的原始彩色图像具有六种彩色(或灰度色调)，可以通过图4所示的六种符号A、I、Q、U、X和Y表示，表示预定显示调色板的六种彩色表示。

图5是说明例示彩色图像中每种颜色出现频率的表。方便的是，此出现频率可用于确定每种颜色的有效二进制色码。这里，可以看出颜色Q和X的出现频率最高，所以被赋予长度较颜色A、Y、I和U短的代码。在本实例中，颜色Q和X的二进制色码的长度为2位，而其它四种颜色A、Y、I和U的色码长度为3位。

图6是图5的二进制色码的二叉树表示。这是一个范式树，因为每个深度的所有叶子都尽可能地位于左边。该二叉树表示用于形成色码引用31，方法是通过描述每个深度的叶子的数量以及这些叶子定义的颜色。

图7显示从图5中适用于图3和图4的例示彩色图像的变长二进制色码导出的三个位平面51、52和53。对这三个位平面51、52和53应用上下文建模和熵编码，以便形成压缩图像2。

第一位平面51对应于二进制色码的第一(最左边)位位置。该第一位位置为所有变长二进制色码共享，所以第一位平面51是一个满位平面，其中一位对应于彩色图像的每个像素。

第二位平面52是根据二进制色码的第二位位置导出的。因为所有二进制色码包含第二位位置，所以又形成一个满位平面。

第三位平面53表示二进制色码的第三位位置。这里，颜色Q和X的代码比该位位置短，所以第三位平面53包含由圆点表示的空穴，位于颜色Q和X所对应的像素位置处。这些空穴无需编码，因为在解码过程中可利用从第一和第二位平面51和52及一般的先前解码的位平面得到的信息来重建空穴。所以，第三位平面53是局部位平面，包含比彩色图像的完整阵列少的数据位置。在本实例中，二进制色码的最大长度是3位，所以生成三个位平面51、52和53。一般而言，针对二进制色码组中的最长色码的每个位位置生成一个位平面，而对于比此最大长度短的那些二进制色码，将在至少一个位平面中出现空穴。

在第一优选实施例中，根据彩色图像内每种颜色的区域大小(即图像的所有像素中具有该颜色的像素的数量)，通过霍夫曼算法(最好是范式霍夫曼算法)来确定每种颜色的变长二进制色码。由此，图像中频繁使用的颜色被赋予相对较短长度的代码，而较不常用的颜色被赋予较长的代码。

图7所示的例示位平面说明了选择最佳二进制色码组的优点。前两个位平面51和52各包含构成矩形的多个“1”和“0”，这些图案一般允许对每个位平面进行高效编码。本实例还说明，应用采用霍夫曼算法的最佳变长编码的方法假定每种颜色的区域大小与编码效率成比例。有时情况并非如此，如图颜色I和U的棋盘图案所示。

因此，在第二实施例中，最好选择用于表示每种颜色的最佳变长二进制色码，以实现最小或更有效的压缩图像。在该第二实施例中，步骤202包括对二进制色码的第一初始分配值进行优化，方法是连续尝试备选的色码分配值，直到发现最佳色码为止。

图8是本第二实施例所采用的、用在图像编码器10中优化变长二进制色码的分配的优选方法的示意概图。

在步骤801中，确定任意的树形状，并通过例如应用上述的范式霍夫曼算法和其它方法赋予叶子初始颜色值。从而利用第一分配值形成压缩图像的第一版本。

在步骤802中，交换一对叶子并重复编码过程。交换的一对叶子可以位于树的同一层，也可以位于不同层。如果所得到的压缩图像较小，则维持新的分配值，否则恢复先前的分配值。对每对叶子重复步骤802，直到对此树形状无法再作进一步改进为止。

步骤803包括修改树的形状，然后对新的树形状重复步骤802。最好是步骤803包括通过预定的树形状集合对树形状进行变形处理。参考图5的颜色出现频率表，假定所有出现计数(occurrence count)的总和(即像素总数)为t，并令p为预定范围p_min至p_max(例如0到10)之间的整数变量。将修改因子(t*p)/p_max加到每个出现计数中，以提供经过修改的出现计数。如果p＝0时，则确定了一个标准霍夫曼树。随着p朝p_max增加，修改后的出现计数使颜色之间的频率差消除，而树形状则朝满二叉树变化。接着考虑每种树形状，选择产生最小压缩图像的树形状。这样，就确定了对所考虑的一个图像(或多个图像)而言为最佳的树形状和分配值。

最好利用多组格雷码来形成二进制色码。针对变长二进制色码的每种长度确定一组格雷码。例如，针对长度为2位的二进制色码确定第一组格雷码，而针对长度为3位的二进制色码，确定第二组格雷码，并依此类推。格雷码在图像的颜色相关，例如图像为灰度图像时特别有用。格雷码将整数序列{0...2^N-1}中的任何一个数表示为长度为N的具有如下顺序特点的二进制串：相邻整数的格雷码表示仅有一位不同。因此，遍历该整数序列，每次只有一位跳变。

如果原始彩色图像1包含许多种颜色，例如采用例如500种不同颜色的24位彩色图像，那么最好将原始图像分成一组初始图像。将原始图像的R、G和B彩色分量分成单独的灰度图像是适宜的。然后利用这里所讨论的方法分别对R、G和B的灰度图像进行压缩，即形成R图像的编码位平面，接着形成G图像的编码位平面，然后再形成B图像的编码位平面，它们作为压缩图像2按顺序提供。在解码过程中，分别对分开的R、G和B彩色分量解压缩，然后再加以重新组合。

作为另一种选择，生成一组初始图像，其中每个初始图像表示非常大或非常详细的原始图像1的不同区域部分。然后如这里所讨论的那样分别对更小或更简单的初始图像组中的每个图像进行压缩。

如果要对一组非常简单的初始图像，如一组特殊字符或图标进行压缩，最好在多个图像中共享开销、如色码引用31。这里，色码引用31是针对所述初始图像组确定的，适用于该组中的每个图像。

图9是编码器10中生成压缩图像2的数据流的示意图。解压缩过程中的数据流是图9所示数据流的逆。

如上所述，分配的可变长度色码及其所代表的颜色以色码引用31的形式存储。变长二进制色码用于生成多个位平面，图9显示了其中的四个位平面51、52、53和54。

通过例如应用上下文建模和熵编码来对至少一些位平面(在本例中为位平面51、52和53)编码，以形成编码的比特流32。可以将不同层次的编码方法应用于不同的位平面组。在一个简单的实施例中，对第一组位平面进行编码，而对第二组不进行编码或进行简单的编码。前n个位平面构成第一组，第n+1个及后续位平面构成第二组，其中n是一个预定整数。可以类似方式定义其它的组和编码方式。

上下文建模器16执行的上下文建模利用了涉及正被编码的像素附近的至少一个像素的上下文(上下文包括该位平面中的像素或可选的其它位平面中的像素)。最好是通过模板选择正被编码的像素附近的像素集来导出上下文，其中所述像素集具有预定的形状。便利的是，通过应用模板返回的二进制值可构成一个表索引，用于预测正被编码的像素具有二进制值“1”或“0”的可能性。将此预测结果与正在被编码的像素的实际值作比较，计算差值。如果差为零(即预测正确)，则该位平面中正在被编码的位置被赋予值“0”；否则该像素位置被赋予值“1”(即当预测结果不正确时)。通过形成具有许多0和很少1的位平面，上下文建模大大降低了每个位平面中的熵。因此，提高了熵编码效率。熵编码器18最好包括多个范式霍夫曼编码器，用于执行熵编码。上下文值还确定对此像素要使用的编码器。在本发明的实际实施例中，上下文建模生成具有很少“1”的长的“0”游程。由此，熵编码可方便地采用行程(RL)编码，以表示“0”的游程长度。

后续的位平面、如位平面54往往含有许多空穴，并且上下文建模不会显著改善数据值的相关性。待编码的位平面的数量设定为预定深度。将上下文建模应用到该指定深度。后续的位平面不进行上下文建模或编码，这些零个或多个未编码位平面直接以未编码符号33的符号流的形式存储。

作为一种选择，可按序分别对位平面51、52和53编码。但是，在优选实施例中，来自每一个位平面和/或各个位平面的符号流是交织的。这可以通过模拟解码器来实现。利用解码器调用不同霍夫曼解码器对编码位平面流进行行程解码的顺序来交织各个流。

图10是用于对压缩图像2进行解压缩的优选方法的概图。

步骤101包括读取压缩彩色图像的色码31，它表示分配的变长二进制色码及其相关联的颜色。

步骤102包括对多个位平面进行解码，例如通过熵解码器28和上下文建模器26中的熵解码和上下文建模来进行。对于第一个像素，重建第一位平面的第一位。如果该位已对某种颜色进行了编码，即因为该颜色已利用一位的变长二进制色码进行了编码，则可以确定该第一像素的颜色，而忽略后续的位平面，因为后续位平面在该正被解码的像素的位置上含有空穴。另一方面，如果从第一位平面提取的位没有对颜色进行编码，则重建一个或多个其它位平面的位，直到这些位的确对颜色进行了编码或达到最后的编码深度。然后参考为该像素颜色的二进制色码贡献比特位的一个或多个相关的编码位平面，对下一个像素解码。

因为像素的二进制色码的位值将用作后续像素的上下文，所以最好将解码的位值保留，直到阵列中的所有像素都已经被解码为止。

在步骤103中，重建每个像素的颜色。这里，二进制色码是通过组合从对应于该像素位置的一个或多个解码的位平面和任何未编码位平面中提取的位位置而得到的。对于第一个像素，如果解码的位平面提供该像素的完整的二进制色码，则确定该二进制色码。如果需要更多的比特，则从未编码位平面流中提取这些比特，直到该像素的二进制色码完整。

在步骤104中，以相关的原始颜色值替换每个像素的二进制色码。然后解码器输出像素阵列，即解压缩的图像3。

上下文建模过程中，采用模板来定义正被解码的像素附近的像素集。理想的情况是，该模板形状对所有编码位平面中的所有像素保持不变。模板形状恒定可使解码器简化。图11显示了一个例示模板60，在本例中涵盖当前像素P1附近的13个像素：0至12。模板可以采用任何适合的大小和形状。如果部分模板落在像素阵列之外，则按惯例取“0”值。

图12显示第一和第二位置上的例示模板60。当模板从第一像素位置P1移动以检验新的第二像素P2时，仅以增量方式取(incrementalfetch)新位置的新上下文值。在此情况下，只需要取相邻像素0、3、8和12的上下文值。第一和第二像素位置之间重叠的其它上下文值被保留并再次用于第二位置。在本例中，先前确定的像素P1构成像素P2的模板中位置0。这种增量取值方式大大减少了上下文建模器在每个像素位置所需的新数据量。

图13显示解码过程中所用的优选数据存储安排。为了重建位平面，形成解码的位平面阵列，随后它将构成解码器的输出像素阵列。在每个像素上，将第一个解码的位平面51的位存储在该像素的阵列位置的第一位位置中。将后续解码的位平面存储在同一位置中的后续位位置处。即，对于每个像素，将该像素的位平面集按降位序(或升位序)存储在一个位置上。因此，读取单个阵列位置允许确定来自满位平面集的数据，从而提高速度并减少解码器中对存储器的访问。举一个实例，图13显示了一个阵列，其中每个位置是一个8位字节，允许存储多达8个位平面。根据需要，可以在位平面阵列中采用其它长度的位置。

以上已描述了对彩色图像进行压缩的方法和装置，所述方法和装置即使对相对小而简单的孤立图像，也可实现高效的图像压缩。对所述压缩图像进行解压缩既简单又经济。上文还描述了一种适于工作在系统资源受限环境中对彩色图像进行解压缩的方法和装置。通过前述说明和实施本发明可明白本发明的其它特征和优点。

注意，本申请中所述的解码器实现方案也适用于本发明目前范围之外，且其本身可视为发明。具体来说，可以将该解码器实现方案用于对压缩图像、如根据美国专利5659631编码的压缩图像进行解码，其中二进制色码为固定长度。

对二进制色码长度固定的压缩图像进行解码最好包括如下步骤：读取表示二进制色码与压缩图像的颜色的关联关系的色码引用；对分别表示二进制色码的一位的一个或多个编码位平面进行解码；确定压缩彩色图像的每个像素的二进制色码；以及以相关颜色取代每个像素的二进制色码，其中，对于每个像素，解码步骤包括如下步骤：通过组合从对应于该像素位置的一个或多个编码位平面与零个或多个未编码位平面提取的位位置来确定每个像素的二进制色码。解码步骤最好包括熵编码和上下文建模，其中利用模板来定义正被解码的像素附近的像素集，所述模板形状对所有编码位平面中的所有像素而言恒定不变。该解码步骤最好包括，当模板从第一像素位置移到第二像素位置时，通过保留与第二位置重叠的第一像素位置的上下文值以增量方式取上下文值。对位平面进行解码并确定每个像素的二进制色码的步骤最好包括形成像素阵列，其中对于每个像素，将该像素的解码的位平面集按预定的位序存储在单个位置中。

应注意，上述实施例说明而非限定本发明，本专业人员在不违背所附权利要求书的范围的前提下可以设计许多替代实施例。在各项权利要求中，任何括号中的引用符号不应视为对该权利要求进行限定。用语“包括”不排除存在与权利要求中所列举的不同的要素或步骤。本发明可以通过包括若干独特部件的硬件及适当编程的计算机来实现。在枚举多个装置的设备权利要求中，这些装置中的一些装置可以含于同一硬件单元中。互不相同的从属权利要求中记载了某些措施的唯一事实并不表示不能组合利用这些措施。

Claims (30)

1.一种对彩色图像进行压缩的方法，包括如下步骤：

生成多个位平面(51，52，53)，每个位平面包含一个二进制值的二维阵列；以及

对所述多个位平面编码(51，52，53)；

其特征在于：

根据所述彩色图像中的像素颜色形成一组二进制色码，其中所述二进制色码是可变长度的；以及

生成所述多个位平面(51，52，53)以表示应用于彩色图像(1)的所述变长二进制色码的相应位位置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步骤：根据每种颜色出现的频率为所述彩色图像中所用的颜色分配变长二进制色码。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过霍夫曼算法确定分配给每种颜色的所述变长二进制色码。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过范式霍夫曼算法确定分配给每种颜色的所述变长二进制色码。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为至少一种长度的所述变长二进制色码确定一组格雷码。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步骤：形成二进制色码的第一分配值，然后连续地尝试备选色码分配值，直到发现产生最小压缩图像的最佳色码为止。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步骤：

(a)选择所述变长二进制色码的第一树形状及选择叶子的初始颜色分配值，形成第一压缩图像版本；

(b)通过逐次交换一对叶子并形成连续的压缩图像版本来评估备选叶子分配值，直到确定最佳叶子分配值为止；以及

(c)通过连续修改所述树的形状并重复评估备选叶子分配值的步骤(b)来评估备选树形状集，由此选择最佳树形状和最佳叶子分配值。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所步骤(c)包括通过连续对所述树形状作变形处理来形成所述备选树形状集的每个元素。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步骤：形成色码引用，所述色码引用定义所述二进制色码的树结构以及定义所述二进制色码与所述彩色图像中所用颜色的关联关系。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步骤：根据多个初始彩色图像中所用的颜色形成所述可变长度的色码。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步骤：将原始彩色图像划分成一组初始图像。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个位平面表示所述变长二进制色码组中的一位位置；

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，首先生成的位平面表示对应于所述二进制色码组中每个色码的第一位位置的二进制值，而第二及后续位平面分别表示所述二进制色码中的第二及后续位位置。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于包括如下步骤：如果某位位置不在所述变长二进制色码组中的任一特定色码中，则在一个或多个所述位平面中形成空穴。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位平面的编码步骤包括上下文建模和熵编码。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于包括如下步骤：对至少第一组所述位平面编码，而不对零个或多个后续位平面编码。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于包括如下步骤：将所述位平面划分成至少两组，并采用对应于各组的编码方案对各组位平面编码。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于包括如下步骤：参考解码所需的顺序对所述编码位平面中的编码符号进行交织处理。

19.一种通过权利要求1所述方法形成的压缩彩色图像信号。

20.一种用于对彩色图像进行压缩的图像编码器，包括：

彩色编码装置(12)，用于将变长二进制色码与待压缩的原始彩色图像中所用的颜色相关联；

位平面生成器(14)，用于根据所述二进制色码生成一组位平面；以及

以及位平面编码装置(16，18)，用于对所述生成的位平面进行编码以形成压缩图像(2)。

21.一种对压缩图像解压缩的方法，包括如下步骤：

读取表示变长二进制色码与压缩图像(2)的颜色的关联关系的色码引用(31)；

对一个或多个编码位平面(51，52，53)解码，其中每个编码位平面表示所述变长二进制色码的一位；

确定所述压缩的彩色图像(2)的每个像素的所述变长二进制色码；以及

以相关的颜色取代每个像素的所述变长二进制色码。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，对所述编码位平面进行解码的步骤针对每个像素包括如下步骤：

对所述编码位平面(51)之一的位值解码；以及

如果所述位值解决了二进制颜色值，则忽略后续位平面(52，53)，否则对后续位平面(52)中的位值解码，直到所解码的位值解决了二进制色码或达到最后的编码位平面(53)为止。

23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，每个像素的变长二进制色码是通过组合从对应于该像素位置的一个或多个所述编码位平面(51，52，53)和零个或多个未编码位平面(54)中提取的位位置来确定的。

24.如权利要求21所述的方法，其特征在于，对所述编码位平面(51，52，53)解码的步骤包括熵编码和上下文建模，其中利用模板(60)来定义正被解码的像素附近的像素集，所述模板的形状对所有编码位平面(51，52，53)中的所有像素保持恒定。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于包括：当所述模板从第一像素位置(P1)移到第二像素位置(P2)时，通过保留与所述第二像素位置重叠的所述第一像素位置的上下文值以增量方式取上下文值。

26.如权利要求21所述的方法，其特征在于，对所述位平面(51，52，53)解码并确定每个像素的所述变长二进制色码的步骤包括形成像素阵列，其中对应于每个像素，将该像素的解码的位平面集(51，52，53)按预定位顺序存储在单个位置中。

27.一种用于对压缩的彩色图像进行解压缩的图像解码器，包括：

彩色解码装置(22)，用于根据一组变长二进制色码为解压缩图像(3)的每个像素分配颜色；

位平面累加器(24)，用于根据多个位平面(51，52，53，54)生成所述二进制色码；以及

位平面解码装置(26，28)，用于对压缩图像(2)的编码位平面集(51，52，53)解码并予以重建。

28.一种图像显示装置，包括：

存储器，用于存储压缩彩色图像(2)；

彩色解码器(22)，用于对所述压缩彩色图像(2)解压缩以形成解压缩的彩色图像(3)，所述图像解码器如权利要求27所述；以及

彩色显示器(25)，用于显示所述解压缩的彩色图像(3)。

29.权利要求28的图像显示装置，其特征在于，所述装置是蜂窝电话装置。

30.一种图像压缩系统，包括：

如权利要求20所述的图像编码器(10)；以及

如权利要求27所述的图像解码器(20)。

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