CN1937776A - 图像压缩装置及方法 - Google Patents

Abstract

提供一种图像压缩装置及方法。该图像压缩装置通过对捕捉到的图像的图像数据执行离散余弦转换来压缩所捕捉到的图像，该装置包括预测单元，量化单元，编码单元。预测单元根据所捕捉到的图像的前一帧中图像数据的第一方向的高频成分的量以及前一帧中图像数据的第二方向的高频成分的量，产生用来预测与捕捉到的图像相关的压缩后的图像大小的预测值。量化单元根据所产生的预测值选择预先确定的量化表，并采用所选择的量化表来量化经离散余弦转换后的数据，编码单元编码经量化后的图像数据。

Description

图像压缩装置及方法

技术领域

本发明涉及图像压缩装置及方法，尤其涉及一种图像压缩装置及方法，其中通过预测压缩后的图像的大小以及选择量化表，图像被压缩成预先确定的大小。

背景技术

当用户使用数码照相机或者手机照相机拍摄图像时，他们查看在诸如液晶显示器(LCD)之类的显示设备上显示的移动图像并捕捉所要拍摄的图像。捕捉到的图像通过预先确定的图像压缩方法进行压缩，并以一种文件格式存储起来。现有的典型的图像压缩格式例如是图形交换格式(GIF)以及联合图像专家组(JPEG)格式。在这些格式中，与已经被用作移动图像标准的移动图像专家组(MPEG)相兼容的JPEG格式得到了广泛的使用。

图1是一个传统的图像压缩装置100的框图。该图像压缩装置100采用JPEG图像压缩技术并包括离散余弦转换单元110，量化单元130以及编码单元150。

离散余弦转换单元110执行对由用户捕捉的图像数据的离散余弦转换并输出经离散余弦转换后的图像数据。量化单元130包括预先确定的量化表，并根据量化表来量化经离散余弦转换后的图像数据。

编码单元150包括预先确定的编码方法的编码表，根据编码表来编码经量化后的数据，以及输出压缩后的图像数据。在JPEG图像压缩技术中，熵编码被用来作为编码方法。

从编码单元150输出的压缩后的图像数据被以一种文件格式存储，压缩后的图像数据文件的大小(即：压缩后的图像的大小)通常由所捕捉的图像的复杂度以及量化表所决定。然而，由于量化表格是在图像被捕捉之前就预先确定的，因此，压缩后的图像的大小由所捕捉的图像的复杂度来决定。换句话说，当捕捉到高复杂度图像时，压缩后的图像的大小就增大，当捕捉到低复杂度图像时，压缩后的图像的大小就缩小。

由于数码照相机或手机照相机中用来存储压缩图像数据的存储器的容量通常是有限的，因此需要有效使用存储器。然而，在传统的图像压缩技术中，压缩图像的大小随着捕捉到的图像的复杂度而变化，导致了存储器未能达到最优利用率。

因此，存在一种对于图像压缩装置及方法的需求，其中通过预测压缩后的图像数据的大小以及选择量化表，图像被压缩成预定的大小。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种图像压缩装置。图像压缩装置通过对捕捉到的图像的图像数据执行离散余弦转换来压缩捕捉到的图像，并且该装置包括预测单元，量化单元以及编码单元。预测单元根据捕捉到的图像的前一帧的图像数据中第一方向的高频成分的量以及前一帧的图像数据中第二方向的高频成分的量，产生用来预测与捕捉到的图像相关的压缩后的图像的大小的预测值。量化单元根据所产生的预测值来选择预先确定的量化表，并采用所选择的量化表来量化经离散余弦转换后的图像数据。编码单元对量化后的图像数据进行编码。

预测单元可以包括第一高频测量单元，第二高频测量单元以及预测值产生单元。第一高频测量单元对前一帧中第一方向的相邻像素对来执行差分脉冲编码调制，并获得差分脉冲编码调制值的绝对值的总和，从而测量第一高频成分的量。第二高频测量单元对前一帧中第二方向的相邻像素对来执行差分脉冲编码调制并获得差分脉冲编码调制值的绝对值的总和。从而测量第二高频成分的量。预测值产生单元通过合计第一高频成分的量和第二高频成分的量而产生预测值。

差分脉冲编码调制可以通过获得相邻像素亮度级之间的差值来执行。

第一方向可以是水平方向并且第二方向可以是垂直方向。第一高频测量单元可以通过获得每一行中相邻像素亮度级之间的差值的绝对值的总和来测量前一帧中每一行的高频成分的量，并且合计前一帧中所有行的高频成分的量，从而测量第一高频成分的量。第二高频测量单元可以通过获得每一列中相邻像素亮度级之间的差值的绝对值的总和来测量前一帧中每一列的高频成分的量，并且合计前一帧中所有列的高频成分的量，从而测量第二高频成分的量。

压缩后的图像可以是JPEG(联合图像专家组)格式。

根据本发明的另一个方面，提供一种图像压缩方法，其中通过对捕捉到的图像的图像数据执行离散余弦转换，捕捉到的图像被压缩。图像压缩方法包括根据捕捉到的图像的前一帧中图像数据的第一方向的高频成分的量以及前一帧中图像数据的第二方向的高频成分的量，产生用于预测与捕捉到的图像相关的压缩后的图像的大小的预测值，根据产生的预测值选择预先确定的量化表并且采用所选择的量化表来量化经离散余弦转换后的图像数据，并且编码量化图像数据。

根据本发明的另一个方面，提供一种装置用于预测和捕捉到的图像相关的压缩后的图像的大小。该装置包括第一高频测量单元，第二高频测量单元，以及预测值产生单元。第一高频测量单元对所捕捉到的图像的前一帧中第一方向的相邻像素对来执行差分脉冲编码调制，并获得差分脉冲编码调制值的绝对值的总和，从而测量第一高频成分的量。第二高频测量单元对前一帧中第二方向的所有相邻像素对执行差分脉冲编码调制并获得差分脉冲编码调制值的绝对值的总和。从而测量第二高频成分的量。预测值产生单元通过合计第一高频成分的量和第二高频成分的量而产生预测值。

根据本发明的另一个方面，提供一种预测与捕捉到的图像相关的压缩后的图像数据的大小的方法。该方法包括对所捕捉到的图像的前一帧中第一方向上的相邻像素对执行差分脉冲编码调制，以及获得差分脉冲编码调制值的绝对值的总和，从而测量第一高频成分的量，对前一帧中第二方向上的相邻像素对执行差分脉冲编码调制，以及获得差分脉冲编码调制值的绝对值的总和，从而测量第二高频成分的量，并通过合计第一高频成分的量以及第二高频成分的量而产生预测值。

附图说明

本发明的上述以及其他特征通过参考相应附图对实施例的详细描述将变得更为明了，在这些附图中：

图1是传统的图像压缩装置的框图；

图2是根据本发明实施例的图像压缩装置的框图；

图3是图2中预测单元的框图；

图4是显示预测的压缩图像的大小的视图；

图5示出了根据预测值选择的量化表；

图6是显示预测值和压缩图像的实际大小之间的关系的图表；以及

图7是显示预先确定的数量的压缩图像的大小之间的对照表；

具体实施方式

本发明的优选实施例现在将参考附图被更为充分地描述。在附图中，相同或者相似的元件由相同的标号表示。

已经发现图像的复杂度与图像中高频成分的出现实质上是成比例的。当相邻像素之间的变化较大时，图像的高频成分就增加。特别是，如果高频成分增加，相邻像素的亮度级之间的变化也增加。由于图像的复杂度因图像包含大量的高频成分而增加，所以压缩后的图像的大小也就增加。

人眼对于低频成分是敏感的，而对于高频成分相对来说不那么敏感。因而，在图像压缩中，在采用较大的步距量化图像之后来压缩具有高的高频成分出现量的图像、以及在采用较小的步距量化图像之后来压缩具有低的高频成分出现量的图像是必要的。

在本发明的至少一个实施例中，测量与捕捉到的图像具有高相关性的前一个移动图像帧中的高频成分的量以获得用于预测压缩后的图像大小的预测值，并根据所获得的预测值选择周来量化捕捉到的图像的量化表，从而保持压缩后的图像的大小不变。

图2是根据本发明实施例的图像压缩装置200的框图。图像压缩装置200执行JPEG压缩，包括对捕捉到的图像的图像数据执行离散余弦转换。

图像压缩装置200包括离散余弦转换单元210，预测单元230，量化单元250以及编码单元270。离散余弦转换单元210对捕捉到的图像的图像数据执行离散余弦转换。

预测单元230根据所捕捉到的图像的前一帧的图像数据中第一方向高频成分的量和第二方向高频成分的量产生预测值EV，并根据该预测值EV来预测与捕捉到的图像相关的压缩后的图像的大小。

例如，预测单元230利用前一帧中的高频成分来产生预测值EV，并预测所捕捉到的图像使用预测值EV压缩后得到的压缩图像的大小。在下文中，预测单元230的结构和操作将参考图3和图4描述。

图3是图2中预测单元230的框图。

预测单元230包括第一高频测量单元231，第二高频测量单元233以及预测值产生单元235。第一高频测量单元231对于前一帧中第一方向上所有的相邻像素对执行差分脉冲编码调制(DPCM)并获得差分脉冲编码调制值的绝对值的总和，从而测量第一高频成分的量。

第二高频测量单元233对于前一帧中第二方向上所有的相邻像素对执行DPCM并获得差分脉冲编码调制值的绝对值的总和，从而测量第二高频成分的量。

预测值产生单元235将第一高频成分的量与第二高频成分的量相加而产生预测值EV。

在本发明的实施例中，第一方向和第二方向可以分别是垂直方向和水平方向，并且预测单元230可以采用像素亮度级来执行DPCM。

在下文中，参考图3和图4，预测单元230通过采用像素亮度级来测量垂直高频成分量和水平高频成分量而获得预测值EV的操作将得到详细描述。

图4是解释压缩图像大小的预测的示意图。

第一高频测量单元231测量每一行的高频成分的量并合计所有行的高频成分的量，从而测量水平高频成分的量。

高频成分代表了所捕捉到的图像的复杂度，并能够通过采用相邻像素的差值而获得。在本发明的实施例中，高频成分的量是通过利用DPCM获得相邻像素亮度级之间的差值的绝对值的总和来测量的。

例如，当第一行中像素的亮度级是......，89，93，135，132，145，......，相邻像素对的差分脉冲编码调制值是......，(93-89)，(135-93)，(132-135)，(145-132)，......。如上所述，在本发明实施例中，差分脉冲编码调制值的绝对值的总和被用作高频成分量，并且因此第一行中的高频成分量H1如下所示。

H1＝......+|89-93|+|135-93|+|132-135|+|145-132|+......

类似的，能够测量前一帧中的N行的高频成分量H2，H3，.........，HN，并且通过如下面所示合计N行中的高频成分量，能够测量水平方向的高频成分量HSUM。

HSUM＝H1+H2+......+HN

第二高频测量单元233获得每一列中的高频成分量并合计所有列中的高频成分量，从而测量垂直方向的高频成分量。

可以以由第一高频测量单元231获得的各行中的高频成分量同样的方式获得各列中的高频成分量V1，V2，......，VM。第二高频测量单元233能够通过如下面所示合计M列中的高频成分量来测量垂直方向的高频成分量VSUM。

VSUM＝V1+V2+......+VN

预测值产生单元250通过将水平方向高频成分量HSUM和垂直方向高频成分量VSUM相加而产生预测值EV，如下所示。

EV＝HSUM+VSUM

图6是显示预测值EV和压缩后的图像的实际大小之间的关系的图表。在图6中，采用了66VGA图像。水平轴指示从预测单元230获得的预测值EV，垂直轴指示压缩后的图像的实际大小。

如图6中所示，由于预测值EV和压缩后的图像的实际大小彼此成比例，因而存在较高的相关性。换句话说，压缩后的图像的大小能够基于获得的预测值EV而被预测。作为测量相关性的结果，例如通过利用Minitab工具，预测值EV和压缩图像的实际大小具有0.894的高相关性。

量化单元250根据预测单元230产生的预测值EV来选择预先确定的量化表，并采用所选择的量化表来量化经离散余弦转换后的图像数据。在下文中，量化单元250的操作将参考图5得到详细描述

图5示出了根据预测值选择的量化表。

如图5所示，在本发明的实施例中提供了总共10个量化表。在量化表的从上到下的方向上依次采用较大的步距进行量化。图5中所示的量化表可以包括在量化单元250中，也可以独立存储在量化单元250的外部。

在本发明的实施例中，量化单元250利用预测值EV的4个最高有效位(MSB)来选择量化表。若预测值EV增加，压缩后的图像的大小也增加。若预测值EV减小，压缩后的图像的大小也减小。

因而，当预测值EV增加时，即，MSB增加，量化单元250根据采用较大的步距执行的量化选择量化表(即，图5的量化表中较低位置的量化表)，从而采用较大的量化步距执行压缩。当预测值EV减小时，即，MSB减小，量化单元250根据采用较小的步距执行的量化选择量化表(即，图5的量化表中较高位置的量化表)，从而采用较小的量化步距执行压缩。

例如，当预测值EV的MSBs为0000时，量化单元250根据采用最小的步距执行的量化选择量化表Qtable 1，并量化经离散余弦转换后的图像数据。当预测值EV的MSB为1001时，量化单元250根据采用最大的步距执行的量化选择量化表Qtable 10，并量化经离散余弦转换后的图像数据。

可以看出，当预测到文件的大小较大时，就采用较大的步距执行量化以进行更多的压缩，当预测到文件的大小较小时，就采用较小的步距执行量化以进行较少的压缩。这样，不论捕捉到的图形的复杂度如何，压缩后的图像的大小能够维持不变。

编码单元270将由量化单元250量化后的图像数据编码，并输出压缩后的图像数据。从而来完成对于所捕捉到的图像的压缩。

图7是显示预先确定的数量的压缩图像的大小之间的对照表。

在图7中，显示了关于100VGA图像的压缩后图像的大小，方形指示根据传统技术压缩后的图像的大小，菱形指示根据本发明实施例压缩后的图形的大小。

如图7所示，当按照传统技术压缩图像时，压缩后的图像的大小不同。另一方面，当按照本发明实施例压缩图像时，压缩后的图像的大小不变。

通过保持压缩后的图像文件的大小不变，存储压缩后的图像文件的存储器能够得到高效的利用。

而且，通过采用较大步距对具有较多的人眼不太敏感的高频成分出现的图像执行量化，压缩后的图像文件的大小可以维持不变，从而有效的执行压缩。

虽然本发明通过参照示范性实施例得到特定的展示和描述，本领域技术人员能够理解，可以在形式和细节上进行各种改变而不脱离本发明如所附权利要求所限定的精神和范围。

本发明要求于2005年8月26日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2005-0078907号的优先权，其公开内容在此完全引入以作参考。

Claims (13)

1、一种图像压缩装置，其将捕捉到的图像作为图像数据进行压缩，该装置包括：

预测单元，其根据所捕捉到的图像的前一帧的图像数据中第一方向的高频成分的量以及前一帧的图像数据中第二方向的高频成分的量，产生用于预测与捕捉到的图像相关的压缩后的图像的大小的预测值；

量化单元，其根据所产生的预测值选择预先确定的量化表，并采用所选择的量化表来量化经离散余弦转换后的图像数据；以及

编码单元，其编码量化后的图像数据。

2、权利要求1的图像压缩装置，其中预测单元包括：

第一高频测量单元，其对前一帧中第一方向的相邻像素对执行差分脉冲编码调制，并获得差分脉冲编码调制值的绝对值的总和，从而测量第一高频成分的量；

第二高频测量单元，其对前一帧中第二方向的相邻像素对执行差分脉冲编码调制，并获得差分脉冲编码调制值的绝对值的总和，从而测量第二高频成分的量；以及

预测值产生单元，其通过将第一高频成分的量与第二高频成分的量相加而产生预测值。

3、权利要求2的图像压缩装置，其中通过获得相邻像素的亮度级之间的差值来执行差分脉冲编码调制。

4、权利要求2的图像压缩装置，其中第一方向是水平方向并且第二方向是垂直方向，

第一高频测量单元通过获得每一行中相邻像素亮度级之间的差值的绝对值的总和来测量前一帧中每一行的高频成分的量，并将前一帧的所有行的高频成分的量相加，从而测量第一高频成分的量；以及

第二高频测量单元通过获得每一列中相邻像素亮度级之间的差值的绝对值的总和来测量前一帧中每一列的高频成分的量，并将前一帧的所有列的高频成分的量相加，从而测量第二高频成分的量。

5、权利要求1的图像压缩装置，其中压缩后的图像是JPEG(联合图像专家组)格式。

6、权利要求1的图像压缩装置，进一步包括离散余弦转换器用来转换所捕捉到的图像，作为压缩过程的一部分。

7、一种压缩由图像数据来表示的所捕捉到的图像的方法，包括：

对于捕捉到的图像执行离散余弦转换；

根据所捕捉到的图像的前一帧中图像数据的第一方向的高频成分的量以及前一帧中图像数据的第二方向的高频成分的量，产生用于预测与捕捉到的图像相关的压缩后的图像的大小的预测值；

根据所产生的预测值选择预先确定的量化表，并采用所选择的量化表来量化经离散余弦转换后的图像数据；以及

编码经量化后的图像数据。

8、权利要求7的方法，其中预测值的产生包括：

对前一帧中第一方向的相邻像素对执行差分脉冲编码调制，并获得差分脉冲编码调制值的绝对值的总和，从而测量第一高频成分的量；

对前一帧中第二方向的相邻像素对执行差分脉冲编码调制，并获得差分脉冲编码调制值的绝对值的总和，从而测量第二高频成分的量；以及

通过将第一高频成分的量与第二高频成分的量相加而产生预测值。

9、权利要求8的方法，其中通过获得相邻像素的亮度级之间的差值来执行差分脉冲编码调制。

10、权利要求8的方法，其中第一方向是水平方向且第二方向是垂直方向，

通过获得每一行中相邻像素亮度级之间的差值的绝对值的总和来测量前一帧中每一行的高频成分的量，并将前一帧的所有行的高频成分的量相加，从而测量第一高频成分的量；以及

通过获得每一列中相邻像素亮度级之间的差值的绝对值的总和来测量前一帧中每一列的高频成分的量，并将前一帧的所有列的高频成分的量相加，从而测量第二高频成分的量。

11、权利要求7的方法，其中压缩后的图像是JPEG(联合图像专家组)格式。

12、一种用预测与捕捉到的图像相关的压缩后的图像的大小的装置，该装置包括：

第一高频测量单元，其对捕捉到的图像的前一帧中第一方向的相邻像素执行差分脉冲编码调制，并获得差分脉冲编码调制值的绝对值的总和，从而测量第一高频成分的量；

第二高频测量单元，其对前一帧中第二方向的相邻像素执行差分脉冲编码调制，并获得差分脉冲编码调制值的绝对值的总和，从而测量第二高频成分的量；以及

预测值产生单元，其通过将第一高频成分的量与第二高频成分的量相加而产生预测值。

13、一种用于预测与捕捉到的图像相关的压缩后的图像的大小的方法，该方法包括：

对捕捉到的图像的前一帧中第一方向的相邻像素执行差分脉冲编码调制，并获得差分脉冲编码调制值的绝对值的总和，从而测量第一高频成分的量；

对前一帧中第二方向的相邻像素执行差分脉冲编码调制，并获得差分脉冲编码调制值的绝对值的总和，从而测量第二高频成分的量；以及

通过将第一高频成分的量与第二高频成分的量相加而产生预测值。

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