TW201011699A - Image compression method using block truncation coding - Google Patents

Description

^ 28038twf.doc/n 201011699 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 产用郷像魏方法，且_是關於一種 列來進行區塊截斷編碼之影像壓縮方法。 【先前技術】 赤去縮意指將數位影像之資料量減小至可由儲存 二者，媒體支援之程度。其中，區塊截斷驗 codlng，BTC)便是一種具有高壓縮率且低複雜度 „縮方法。區塊截斷編碼將原影像區分為多個不重 夸並，Γ計方式萃取子影像特徵來量化子 办像内的像素，猎以降低影像之資料量。 =型的區塊_編财，各子影像的像素平均值及 ===重要的參數’且這些參數會隨著子影像 ❹ 反映子影像的特徵。，象素之 士象為例’ §子讀内像素值大於或等於像素平均值 日厂此像素值則編碼為”r，，反之則為，，Q”。，q，，及、二: 與子影像的像素平= ，其中χ及&分別為像素平i值及標準 ’且m及q分別為子影像内像: 或等於平均值之像素個數。 及十衫像内大於 因此’對每一子影像而言，尸兩 =口、子影像的像素平均二標準差，Ϊ = 建衫像。間言之，此影像_綠參考各像素所屬 5

201011699 —„i^28038twf.doc/n 均值ΐ為臨界值，據以量化各像素值為兩量化值 i♦早μ Γ魏料魏加以計算各像素所屬子影像的 像素平均值及標準差所獲得之。 方、斷編碼㊉算法的複雜度相較於其他影像壓縮 時^ 在計算子影像之像素平均值及標準差 以硬體ΐ二。量的加法、乘法以及根號運算，因而較難 。另外，區塊截斷編碼可以設計不同子影像 ==影像壓縮率，但所壓縮之影像品質也會隨壓 3的奸叫低，甚至鼓區M_〇eking effect。 品塊效應為兩鄰近子影像之間所出現的不連續性現象。由 2 =影像會採用其像素平均值作重建影像之依據，因 ，者子影像尺寸變大，壓縮後之影像也變得越模糊造 成人眼無轉覺縣像之舰，勤··邊 【發明内容】 本發明提供-種區塊截斷編碼之影像I縮方法，其麼 縮之影像不僅符合人眼視料低通雜，也大大地降低了 區塊截斷編碼所產生之區塊效應。另外，此影像產縮方法 具有低複雜度、高壓鮮及高鱗品質等乡項優點。 本發明提出一種區塊截斷編碼之影像壓縮方法。此方 法包括，收具有多個區塊之1像，且各區塊具有多個像 素。接著，產生介於一預設範圍内之有序抖動陣列。此有 序抖動陣列具有多個元素’且這些元素分別對應上述像 素。依據各區塊之灰階翻，將讀之值分別映射至灰階 範圍内的多個映射值。而在各區塊中，依據各像素之值與 6 201011699 …^ 28038twf doc/n 其對應之映射值的比較結果 位值或第二數位值。 將各像素之值量化為第一數 ，發明錢丨—麵賊斷編狀影雜縮方法 收^有多個區塊之—影像，且各區塊具有多個 陳：。ίΓ为別產生介於多個預設範圍之多個有序抖動 ^列、中，各有序抖鱗列具有多個元素題些元 二別對應上述像素。依據各區塊之灰階範圍，轉其—有 抖動，列’並將此-有料轉肋元素之值分別映 至灰階範_的多個映職。而在各區射，依據各像素 =與其對應之映射值的比較結果，將各像素之值量化為 第一數位值或第二數位值。 句 臨幻ΐί之影健财法，在—實關巾#像素之值大於 L界值¥，則將此像素之值量化為第—數位值，否則量化 2第-數位值。其巾，此臨界值與像素所對應之映射值相 一上述之影像壓縮方法，在一實施例中第一數位值及第 -數位值為分顺各區勒像素之最大值及最小值。 本發明採用第-或第二數位值來表示各影像區塊内 ，像素值使得壓縮之影像其位元率較低，且具有較高的 壓縮率。另外，區塊觸編魏有可能會產生區塊效應， f此配合有序抖動_，可雜鑛各像素於量化時戶^參 的t界值，猎以改善上述問題。而在各區塊中採用像 素之，大值及最小縣分別作為第—或第二數位值，不僅 可提高魏之影像品f，也降低了運算的複雜性。 W 28038twf.doc/n 201011699 ^為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式， 作詳細說明如下。 【實施方式】 本實施例基於區塊截斷編碼（bl〇cking tnmcati〇n 二dhig’ BTC)之技術，將具有多個區塊之影像逐一區塊進 打，像壓縮處理’以量化區塊内各像素之值為第—數位值

或第二數位值。其十，各區塊具有ΜχΝ個像素，且M及 N為大於1之正整數。 以在，各區塊之像素料值會參考作為一臨界值，以 判斷各像素值應量化為第—或第二數位值。而且，以往所 使用之量化值也是經加以運算各區塊的像素平均值及標準 ，所所獲得來的。隨著所使用的區_大，也越容易產生 區塊效應(blocking effeet) ’造成所壓縮之影像品質不佳。 在半色調(void and cluster)她中，有序抖動陣列可以使用 有限的色彩調色palette)來產生影像中色彩深度的假 象。這些色_色之像素彼此相鄰會產生綠效果，使人 眼能感受接近雜像的色彩。因此，本實__有 動陣列㈣er dithering array)，可適性調整各像素所參考之 臨界值。 假設影像中各區塊具有树個像素ρ(χ，γ)，即 且㈣’其^^以且^^^圖认為本發 -實施例之有序抖__示_。請參關. 動陣列110大小與各區塊大小相同。有序抖動陣列 8 m 鲁 201011699 --------^ 28038twf.doc/n 包含之το素E1(X，Y)分別對應像素ρ(χ γ)，且元素 之值介於—職範_。在本實施财，依財序抖動陣 列110之預設範圍，可以產生第1健第(MxN)個預設值 ^ 中第 Q 個預設值等於 Kmin+Qx(K_Kmin)/(MxN_iM，q f正整數，1 £ Q $ (MxN)，κ_及Kmin分別為預設範圍的 上限值及H為便於朗，舰有料轉列⑽ 預設範圍為0〜15，亦即Κ_ = 15且I = 〇，則第i個至 第16個預設值分別為G、1、.··、15。本領域具有通常知 識者應知產生有序抖轉狀方式，故在此不加以資述。 一般而言，每一像素為採用8位元表示之，也就是每 -像素可以表現G至255的灰階。在區塊麟編碼的技術， 各區塊内像素值會量化為第一數位值或者第二數位值。在 降低可表現之灰階數的同時，所壓縮之影像很有可能會產 生假景^(artifact)以及區塊效應。因此，在各區塊中配合有 序抖動陣列來調整各像素值所參考的臨界值，可以有效地 消除假影以及區塊效應，且能保留原影像之特徵，例如： 邊緣以及輪廓。以下便詳細敘述調整各像素值所參考之臨 界值的方式’以及量化各像素值之方式。

圖2為本發明之一實施例之影像區塊的示意圖。請參 照圖2。依據上述之假設，影像2〇〇具有多個4X4像素之 區塊（在此僅繪示兩個區塊211及212)。本實施例依據各 區塊之灰階範圍，將有序抖動陣列内元素Εΐ(χ，γ)之值映 射至灰階範圍内的映射值。在此採用線性映射之方式，則 各元素Ε1(Χ，Υ)之映射值等於pmin+(E1(x，Y)_Kmin) X 9 v 28038twf.doc/n 201011699 (PmaX-Pmin)/(Kmax- Kmin) ’ 其中 Pmax 及 Pmin 分別為灰階範圍 的上限值及下限值，也就是分別為各區塊内像素之最大值 及最小值。以區塊211為例，利用上述等式’有序抖動陣 列110内各元素E1(X，Y)之值會映射至區塊211之灰階範 圍60至90内的映射值，例如元素El(3,2)及El(l 2)之映 射值為74及82。 、 請參照圖1B’經映射處理後之有序抖動陣列標示為 ❿ 120 ’且經映射後之元素E1(X，Y)標示為Ε1，(χ，γ) Q :量化 各區塊内像素P(X，Y)之值時，元素Ε1(Χ，γ)之映射值會被 參考作為臨界值。也就是說，在各區塊中，當像素ρ(χγ) 之值大於臨界值時，則此像素Ρ(Χ，Υ)之值會量化為第一’數 位值，例如：各區塊内像素之最大值Pmax。反之，當像素 P(X，Y)之值小於臨界值時，則此像素Ρ(χ，γ)之值會量化為 第二數位值，例如：各區塊内像素之最小值Pmin。以數學 式表示如下： ❹ p，(X，γ) = fPmax，p(x，γ) > E1 ’ (X Y) ’ lPmin,P(X，Y)<El’(X，Y) 其中’ P，(X，Y)為像素ρ(χ，γ)量化後之值。 經實驗可知，採用有序抖動陣列來調整各像素量化時 所參考之臨界值，以及採用各區塊内像素之最大值及最小 值作為第一及第二數位值的方式，不僅可以提高壓縮之影 像的峰值信號雜訊比(peak signal to noise ratio, PSNR)，也 ，有效地消除區塊效應，使影像品質提升。而且，在進行 影像壓縮時，無須大量運算便可取得各區塊内像素之最大 w 28038twf.doc/n 201011699 值及最小值作為第一及第二數值，大大地降低了複雜度及 運算量。 表1為本實施例之影像壓縮方法與傳統區塊截斷編碼 之影像壓縮方法的比較，其中所壓縮的影像為本技術領域 中廣用的Lenna標準測試影像。由表1可知，傳統影像壓 縮方法隨輕塊尺寸的增加，其影像的峰健號雜訊比也 隨之降低。而本實施例之影像壓縮方法在不同區塊大小的 φ 情況下，皆能具有較佳的峰值信號雜訊比。

區塊大小 傳統影像壓縮方法 本實施例之影像壓縮方沐 8x8 40.81 dB 39.06 dB 16x16 33.77 dB 37.01 dB 32x32 29.23 dB — 一 35.40 dB 表1.本實施例與傳統影像壓縮方法的比較 依據上述實闕’在此可勒為下觸方法流程。圖 3為本發明之―實施例之影像壓縮方法的流賴。請參照 圖3，首先，接收具有多個區塊之影像(步驟S301)，其中 =區塊具有多個像素。接著，產生介於—驗範圍之有序 列(步驟謂2) ’其包含分㈣應上述像素之多個元 ”。4些兀素之值會依據各區塊之灰 階範圍内多個映射值(步驟⑽3)。在各區塊中，將 =與對應之映射值進行比較(步驟s綱），並且依據比較 …果而量化各像素之值為第一或者第二數位值（步驟 11 201011699 <v 28038twf.doc/n S305)〇 值付注思的疋，雖然圖1中假設有序抖動陣列11 〇為 ”於預设乾圍0至I5，但本領域具有通常知識者可設定有 序抖動陣列介於不同的預設範圍，例如：〇〜5、2〜17等， 以及設定不同大小的影像區塊。依據上述實施例之教示， 本領域具有通常知識者可將符合區塊内像素數量之預設值 填入有序抖動陣列之中，故不限定於此。

為使本領域具有通常知識者能輕易的施行本發明，另 舉一實施例加以說明。圖4為本發明之另一實施例之影像 壓縮方法的流程®。魏，接收具有多個區塊之影像(步驟 討〇1)，其中各區塊具有多個像素。一般而 “立元表示。至255的灰階，也就是說影像中== 階範圍最大為G至255。因此，本實施例產生分別介於多 個預設範圍之多個有序抖動陣列(步驟S4〇2)，例如：❹〜夏、 〇:2、〇〜3、…、〇〜255等預設範圍’其中各有序抖動陣列 匕含分別對應上述像素之多個元素。而在硬體的實現上， 這些介於不同預設範圍之有序抖動陣列可以預先產生並 且儲存於對照表(look-up table)的存儲媒體之中。 丧耆…队傅拟it分险塊的及階範圍，選擇其一盥户 階範圍匹配的有序抖動陣列(步驟S4〇3)t>舉例來說布)j 區塊之灰階範圍為46〜70,則選擇介於預設範圍㈣= 序抖動陣列。由於在此所選擇之有序抖動陣列 與各區塊之灰階範圍姻’因此有序抖鱗列内元= 經大量的運算即可直接映射至各區塊之灰階範圍内多個^ 12 w 28038twf.doc/n 201011699 射值（步驟S404)。接著，在各區塊中，將各像素之值與 其對應之映射值進行比較(步驟S405) ’並據以量化像素^ 為第一或者第二數位值(步驟S4〇6)。 ’、 綜上所述，上述實施例配合有序抖動陣列可適性調 整各區塊内像素所參考之臨界值，藉以消除區塊效應以及 保留原影像之紐。而且，上述實施例制各區塊^像素 之最大值及最小絲麵各影像區塊⑽像素值 可 參 ❿ 以降低複雜度及運算量，也使得壓縮之影像其位元率較 ί 即具有較高的壓醉。人眼近距雜看所壓縮之影像 dirt影像，也就是利用各區塊内像素之最大值及 最小值來創造不同灰階深度的假象。此壓 在電腦圖像系統、影像…㈣童…夕：像了應用 雜产及m4及數位⑦水卩等，以低複 !造出高影像品質。而人眼在-定距離觀 縮之衫像蚪，會感覺不出其與原影像的差里， ^ 緣及輪鱗特徵，也能於所壓縮之影像中^ 二本發月已以較佳實施例揭露如上， =:，:何所屬技術領域中具有通常 因此内可作些許之更動與调飾， 為準。 、^圍备視後附之申睛專利範圍所界定者 【圖式簡單說明】 圖。θ 騎發明之-實施例之有序抖動陣列的示意 13 w 28038twf.doc/n 201011699 圖IB為本發明之一實施例之經映射之有序抖動陣列 的示意圖。 圖2為本發明之一實施例之影像區塊的示意圖。 圖3為本發明之一實施例之影像壓縮方法的流程圖。 圖4為本發明之另一實施例之影像壓縮方法的流程 圖。 【主要元件符號說明】 Ε1(0,0)、Ε1，(〇,〇):元素 110 :有序抖動陣列 120 :經映射之有序抖動陣列 200 :影像 211〜212 :區塊 S301〜S305 :本發明之一實施例之影像壓縮方法的步 S401〜S406 :本發明之另—實施例之影像壓縮方 步驟

Claims (1)

1. 28038twf.doc/n 201011699 Ύ 十、申請專利範圍： 1. 一種影像壓縮方法，包括： 接收一影像，其中該影像具有多個區塊，且各該區塊 具有ΜχΝ個像素，為大於1之正整數； 產生一有序抖動陣列’其中該有序抖動陣列介於一預 設範圍，且該有序抖動陣列具有分別對應該些像素之多個 元素； φ 依據各該區塊之一灰階範圍，將該些元素之值分別映 射至該灰階範圍内多個映射值；以及 在各該區塊中’比較各該像素之值與其對應之各該映 射值；以及 依據各該像素之比較結果，量化各該像素之值為一第 一數位值或一第二數位值。 2. 如申請專利範圍第1項所述之影像壓縮方法，其中 該預設範圍之值等於(MxN-1)。 3. 如申請專利範圍第丨項所述之影像壓縮方法，其中 各該映射值為 Pmin+(E1_Kmin)x(Pmax_Pminy(Kmax_Kmin)，E1 為各該70素之值，Pmax及pmin分別為該灰階範圍之上限值 及下限值’且Kmax及Kmin分別為該預設範圍之上限值及下 限值。 4. 如申請專利範圍第1項所述之影像壓縮方法，其中 依據各該像素之比較結果，量化各該像素之值為該第一數 位值或該第二數位值的步驟包括： 當各該像素之值大於或等於一臨界值時，則量化各該 15 201011699 2_ f w 28038twf.doc/n 像素之值為該第一數位值，其中該臨界值與各該像素所對 應之各該映射值相關；以及 ’ 當各該像素之值小於該臨界值時，則量化各該像素之 值為該第二數位值。 5.如申請專利範圍第1項所述之影像壓縮方法，其中 該第一數位值為各該區塊内該些像素之最大值，且該^二 數位值為各該區塊内該些像素之最小值。 , 6. —種區塊截斷編碼之影像壓縮方法，包括： 接收一影像，其中該影像具有多個區塊，且各該區塊 具有ΜχΝ個像素，μ及N為大於1之正整數； 產生多個有序抖動陣列，其中該些有序抖動陣列分別 介於多個預設範圍内，且各該有序抖動陣列具有分別對應 該些像素之多個元素； 〜 依據各該區塊之一灰階範圍，選擇該些有序抖動陣列 其中之一； 在所選擇之各該有序抖動陣列内，將該些元素之值分 別映射至該灰階範圍内多個映射值； 在各該區塊中，比較各該像素之值與其對應之各該映 射值；以及 -數結果’量化各該像素之值為-第

   16 201011699 8.如申請專利範圍第6項所述之影像壓縮方法，其中 各該元素所對應之各該映射值為Pmin+(E1_Kmin) χ (Pmax-Prain)/(Kmax-Kmin) ’El 為各該元素之值，pmax 及 pmin 分別為該灰階範圍之上限值及下限值，且Kmax及Kmin分別 為各該有序抖動陣列其對應之各該預設範圍之上限值及下 限值。 9·如申請專利範圍第6項所述之影像壓縮方法，其中 ❹ 依據各該像素之比較結果，量化各該像素之值為該第一數 位值或該第二數位值的步驟包括： §各該像素之值大於或等於一臨界值時，則量化各該 像素之值為該第一數位值，其中該臨界值與各該像素所對 應之各該映射值相關；以及 當各該像素之值小於該臨界值時，則量化各該像素之 值為該第二數位值。 10.如申請專利範圍第6項所述之影像壓縮方法，其 中該第一數位值為各該區塊内該些像素之最大值，且該第 二數位值為各該區塊内該些像素之最小值。 17