TW228582B - - Google Patents

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22C 582 Λ II 6 經濟部中央櫺準局员工消费合作杜印製 五、發明説明（） 本發明係關於爲求取對發生於正交變換碼化圏像之塊 逄界之失真的客觀量度所用之明像評估方法。 〔以往之技術〕 以往在處理如傳像電話或傳真器等含有明像之资訊時 ，由於其訊息量大，所以採用墨縮資钒之方法。將圖像信 號碼化並予以顒示重現之方法中，一舦使用做爲明像机息 壓縮手段之演算法，有預測碼化及變換碼化之兩種。預測 碼化係由巳被解碼而知曉之信號，預測纗接而來的信號， 以便只送出預測不中之部份，藉以壓縮碼化所需之訊息责 的方法。 變揍碼化係利用相關性強的圓像信试在蘋率釉上觀之 其信號電力集中分佈於低頰领埃之現象，僅將信號電力集 中分佈之成分的係數予以碼化，藉以削滅線訊息量之方法 。變揍碼化因係積極地利用圖像所具有之相關性，所以其 恩縮效牟邋常比领測蜗化高，但由於演算處理多，其實用 化比預測碼化慢了 一步。 然而，現今電颺技術之進步，使得變楱碼化所需之正 交變換的計算變爲容易，故變換崎化巳成爲圖像蜗化演算 之主流。有闞朝向迥波數領墩之正交變楱，現在被极爲實 用上最有力的即爲DCT(離散餘絃變揍）式，其利點在於對 低頰成分之重力集中優，且有高速演算其法存在。除了 DCT法外，用以阖像之變楱碼化之正交變楱，尚包括倾斜 變換，霍爾變換等。 -3 本紙ft尺度逍用中國國家標準(CNS)T4規格（210x297公址) (請先閲讀背而之注意事項再塡寫本页} 裝· Λ 6 Η 6

五、發明說明（） (請先閲讀背而之注意事項孙塡寫木頁) 由於圖像之變揍碼化法中，使用DCT之變換法乃是得 以高效率碼化之變揍方式，故被採用於矚降標準之數捸墨 榷方式中。下文將針對利用標準的DCT方式之圖像机息墨 榷方法進行説明。原圖像邋常被分荆成8 * 8像元之塊 (block)，並按各塊施行二維DCT變揍。其變揍式如下。

Suv = Τ' Cz, CuZ： Σ： (p^y -Ls) COS (2 X+l)-^· cos Λ；„〇 尸、 / 1 b 16 ........Cl) 式中，xy爲塊内之像元之位置。

Cu t Cv = ty~^~ ; It , t> = 0 =1 ;其他

Ls - 128 ： Pxy X,tKfu ; = 8 - 2 0 4 8 ； ； - i 2 經濟部中央櫺準局C3：工消赀合作杜印製 此式中，x，y表示塊內之像元位置，U，V表示DCT係數之 位置。當u ’ v - 0時，變揍式之係數Cu，（^爲]7(2) 1/2 ，其他值時，即爲1。像元值pxy之數元精度爲8數元時， Ls之值爲I"，u數元時，即爲2〇48。 此變揍之結果，可得64個之係數Suv之組。係數Soo被 稱爲DC係數，表示塊内a個像元之平均值（直流成分）。其 徐之係數稱爲AC係數。絰由此變揍，塊之8 x 8像元即以 64個DCT之基底向量之線形結合而表現出來。 但僅將含64個像元之塊予以DCT變揍使其顯出64個係 -4 - 本紙張尺度逡用中國國家猱毕(CNS)T4規格⑵〇x挪公;《：) Λ (i Π () 22C5S2 五、發明説明（） 數，並不表示圏像巳被壓縮。明像壓縮係利用一般明像在 DCT變揍時之電力分佈集中於低頻成分之性質，對高頦成 分之係數配以較少位元數，對低頰成分之係數即配以較多 位元數之责子化而達成之。 係數Suv使用蜗化量子化表Quv，以依各係數位置而不 同之步級大小施予線性量子化。重現圖像（再生圖像）時， 則使用相同之责子化表使其復原。藉著改變此责子化表， 可控制重現固像之圖像品質。 接之，爲了傳输起見’將量子化之係數予以嫡碼化使 其成爲符號。此碼化邋常使用哈夫曼碼化方式。此時也使 用碼化表。傳输W像時，固像之碼化數捸和含有使用何種 表等之訊息的參數一倂傳送到收信側。 在收信側，即參照碼化表使碼復原。巳復原之量子化 數捸係參照量子代表以逆量子化方式回復DCT係數。由於 此量子化之性質，不能完全回復原來的DCT係數。基於此 點’此種利用DCT方式之圖像蜃縮被稱爲不可逆碼化。接 之將巳復原之DCT係數予以逆⑽!·變換，即可回復8 * 8像 元之塊圖像。 〔本發明欲解決之問超〕 依上述之DCT變揍方式之国像壓缩法，在責子化之降 ，如果粗略地量子化係數部份，數捸壓缩牟雖叮増大，但 無法避免金赏之劣化。二維DCT之場合，雖以8 X 8程度之 像元形成爲1塊，但將以塊單位取出之圖像信號予以逆變 ^紙張尺度遑用中國困家標準(CHS)甲4規格(210x297公^------ (請先間讀背而之注意事項再場寫本頁) 裝- 線- 經濟部+央標準局貝工消"合作社印製 Λ β Η (ί 22£5S2 五、發明説明（） 揍以使圏像重現時，會發生所謂塊失真（block distortio η〉之塊逢界的不逹績現象。 結果，施行高度的恩縮，而使量子化粗略時，雖可達 成高速處理，但卻増加塊失真。若唪低墨縮年使量化細密 ，則雖可減少塊失真，但卻不能違成高速處理或無法處理 動作激烈的動態圖像。因此，鑑於實降圖像所含高頻成分 不多之情況，對于相當於高頻之高次係數部份施行粗略的 责子化，對于低次係數部份施行細密量子化，即可以高效 率施行碼化而不致於降低畫質。 會經有報告指出，逄成再生固像品質劣化之一要因之 塊失真，在视覺上被知凳的，與散亂的干掻相比，有十俺 以上之大。雖將含量較少之高頻成分予以粗略量子化，以 因應高度壓缩，但若原圖像所含高頻成分多時，有時也會 發生视覺上顒著的塊失真。 以上係舉DCT方式爲例進行説明，但不僅是此方式， 例如利用將《像按各塊施行正交變揍以碼化之方式，施行 不可逆性的壓縮復原時，也會在再生圖像之塊逢界發生失 真。本發明之目的在求取，計算處理成本低，能反映人《 视知覺特性，而確切地評估有關塊失真之阑像品質之方法 〇 , 〔解決問題所使用之手段〕 如上所説明，圖像之變換碼化時之塊失真责係依壓縮 參數而增減。以高度的壓縮來減小碼量，塊失真則増大， -6 - ΒΒ 家樣準(CNS)T4 規格(210X297公;¢) 裳· 訂- 經濟部屮央櫺準局Κ3Γ工消件合作杜印製 Λ () It 6 22B582 五、發明説明（） 反之降低壓縮率而增大碼量時，塊失真則減少。故，如依 塊失真之量來控制壓缩參數，則可在所詨定碼责之範圔內 獲得最佳W像品質。 用以評估再生明像品質之*度，常用的走平均平方誤 差，但此係表示散亂狀干掻之度數者，不能正確評估视覺 性干掻集中於塊逄界之塊失真。應求取吁評估復原明像之 塊失真之逋切量度，藉以提高阑像品質。實降以视覺觀察 到的塊失真達十倍以上大於散亂狀干掻之量，故爲要評估 塊失真所引起之固像品質之劣化程度，則有需要另外的圏 像品質評估量度。 對有關塊失真之国像品質進行評佑時，因爲最後評估 阖像品質的是人，故如要定出客觀的量度，必須充分顧及 人體之视知覺特性。又’由於對象爲圖像，所以也需要考 慮，正確評估所需之情報责龐大，計算處理所耗之成本也 與圖像碼化一樣的很高，以致發生無法處理之情況〇 本發明旨在解決此種問題，乃使用計算處理成本低， 而能正確評估塊失真之圖像品質評估方法，以改善正交變 楱碼化固像之固像品贫，並且藉以助益逡當的资料壓縮。 爲要解決此問題’本發明係以下列之步雄評估明像品質。 (1)考慮對剌激之视覺的非直線性。 人體對輝度（luminance)剌激的绻受特性並非直缘性 。如要量測符合人體感覺之誤差量而不依相輝度位晻，則 需要將輝度位除變揍成比例於人體视覺特性。一舦而言， 本紙Λ尺度遑用中Β國家螵毕(CNS)T4規格（210X297公龙) ........................^.....!τ.. ά (請先閲讀背而之注意事項再填艿本页)· 經濟部中央櫺準局员工消费合作杜印製 22：：532 Λ ίί Η 6 五、發明説明（ 人體之视覺特性可利用章伯费煦納定律及史帝文斯定律予 以近似表示。藉史帝文斯定律，人《對輝度剌漱I所知覺 之亮度Ε可以下式表示。 β (2) 式中 泠爲常數，々值爲自0.3至0.5 (2)考慮圖像顒示装置之非直線性。 一舦而言，W像信號係以最後被顒示在CRT顒示裝置等 阑像顒示裝置爲前提，因此有必要考慮固像顒示裝董之特 性。在CRT顒示裝置上的顯示，會依電極所加之電廛而增 滅其亮度。敌電極之施加重墨爲V，其時之發光輝度爲I 時’其關係由下式表示。

V Ί (3〉 式中’ C，7爲常數。在（3)式中’如要使發光輝度 成爲I，則必須將施加電壓Vk設定成如下式： (請先閲讀背而之注意卞項#堝寫本頁)

經濟部中央標準局员工消t合作社印製

Vk ~

Ih_ C 7 (4) 此稱爲7修正。一般性CRT顒示装置之7值爲2· 2至2.8 -8 - 本紙張尺度遑用中β «家楳準(CNS>T4規格(210x297公*)

Sirs82 Λ (ί Η 6 五、發明説明（） 爲要在CRT顯示裝置上重現原圖像之相對輝度，則必須針 與原圖像之輝度成比例之輝度信號，旄行此^修正。本發 明中所要處理者，即爲預先施加有此7修正之明像信號。 (3)¾度誤差之量測 兹將人體對輝度刺激之知覺量簡稱爲「亮度 (brightness)」。重現明像之像元（m，n)亮度對原圃像之 像元（m，η)亮度之誤差e(mn〉可由下式定義。 e(m,n) = E(Y(m,n>) - E(X(m,n>) ........(5) 式中，m代表像元之水平方向的地址，圖像之左端之 像元爲m = 0。n代表像元之垂直方向之地址，固像之上蟪 之像元爲η = 〇。郎接於像元（m,n)右側之像元爲（m+1,n；) ’鄰接於像元U，n)下側之像元爲（m,n+i〉。x(m,n)爲原圏 像之像元（m，n)之輝度信號位陏，Y(m,n〉爲再生固像之像 元（m，n)之輝度信鼓位蜡。 經濟部中央標準局貝工消设合作社印製 (請先間讀背而之注意事項典塡寫本頁) (5)式中，E(V)爲由阑像之輝度信號位阳•朝向亮度變 換之變換函數。所處理之阑像解碼，由於預先利用（3)式 對發光輝度施行遇7修正，故须對圈像信號V施行（3)式之 變楱（逆7修正）以求出實降發光輝度。然後，爲要求取 人體所知覺的相對性亮度，須對此發光輝度施行（2〉式之 變換。因此，E(V)由（2)式及（3)式導出如下。 -9 - 本紙張尺度遑用中a Η家標毕(CNS>〒4規格（210><297公龙) 經濟部屮火51準局Μ工消费合作社印Μ Λ (ί Β Γ) 五、發明説明（） E(V) = a c β W y β .........(6〉 如前述，設々值爲0.3至0.5，7值爲2.2至2.8時，7 々之值即成爲〇_66至I.4。將此♦成1，可使E(V)成爲比例 於V，因此，（5)式可置揍成簡早的下式。 e ( m , η ) — Y(m，n) - X(m, n ) ......--(7) (4)考慮视知覺之對亮度的辨別雎限特性而定義誤差 人體之视知凳對鳧度保持有辨别瞄限特性，而tt限值 以下之誤差不會被知覺。如要量測客觀的誤差量，則有必 要兼加考慮此問题。在考慮视知覺之對亮度的辨别tt限 下的誤差e'U,η)可予以定義如下式： e 7 ( m , n ) = t e ( m . η ) t = 1 (e(m,n) > K th) t = 0 (e(m，n) < Kth) .........(8〉 關於係數t，若再生圖像之像元之亮度對原圖像之像 元之亮度的誤差e(m，n)爲e(m,n) > Kth時，則t-Ι，若 e(m,n) $ Kth時，則t - 0。Kth表示人馥對亮度之辨別 臨限值。 -10 - f紙张又度边用中a明家楳毕(CHS)T4規格(210X297公；it) (請先閲讀背而之注意事項孙填寫本頁) 裝- 線* 228582 Λ fj Η 6 五、發明説明 (5〉定義塊失真之量度 如果再生阑像與原圖像間的誤差之變化在塊邊界之黹 後均圣連續時，不闞誤差之絶對量多大，亦不致成爲塊失 真。塊逄界之失真，只在再生圏像與原固像間之誤差在塊 迹界之前後甚連蜻時才會發生。 在固像内沿水平方向鄰接之像元（m,η)及（m-1,η)間之 謨差之變化量d h(m, η)及沿垂直方向鄒接之像元（m, η)及 間之誤差之變化量dvCm, m)被定義如下式。 叫丨 d h < m , η ) = e , ( m , η ) - e，（m-l，n) (m^l, n^O) d v < m , n ) = e'(m，n) - e , ( m . n -1) (m ^0, n ^1) (9) (請先閲讀背而之注意肀項再填寫本頁) 裝· 經濟部中央梂準局只工消#合作社印製 將此誤差變化量以各塊逄界之塊遑長予以平方取其平 均者’做爲塊逢界之塊失真的量度。塊失真之量度被定義 如下式。塊（k，l)與塊（k-Ι,Ι)之遑界之失真的量度 9“1^，1)及塊（]<，1)與塊（11-1)之遑界之失其的量度 Q v(k,l)即表成下式。 11 - 別中明BI家楳毕(CNS) T4規格(210X297公;it) 23C532 Λ (» W 6 五、發明説明（ N-l (k, I)

N (众之i， l^o ) M-l (k , l) Σ ί d v ( Mk + i , N[)"]

M (&之〇, I ) (10) 式中’ k表示標的塊之水平方向之地址，明像左球之 塊爲k-Ο。1表示標的塊之垂直方向之地址，圖像上域之塊 爲1=0。鄰接於塊（k，l)右側之塊被表示爲（k+u)郎接於 塊（k，l)下倒之塊表示爲（k,1+1)。μ爲塊水平方向之像元 數，Ν爲塊垂直方向之像元數。 (請先閲讀背而之注愈苹項孙塡寫木頁) 裝· - 線- 部 屮 央 標 準 局 Μ 工 消 合 作 社 印 Μ (6)考虞輝度起伏而求取塊失真之量度 於輝度變化大的部份中，小的誤差在人饉艰嗜中有被 遮絶之倾向。輝度念富於起伏變化，所知覺之塊失莫責念 小。絰遢此考慮，發現了更接近人體视知覺特性之塊失真 量度乃以次述之式爲遑當。 12 - 本紙》尺度边用中《«家槔毕(CNS) Τ4規格(210x297公;¢) 五、發明説明（） Λ qh (k，I) qh (k, ι)-- σ 2 ( k ， i) (i s σ2 (k, i) ^ σ2 (k-1, i)) △ 9h Uct l) 9 A ( A：, i)=- (J2 (. k~ 1, l) (is σ ^ (k-1, i) ^ σ2 (k, i)) Uc, l) = (k , l) (a2 (a：, Z) <l 為 σ2 (k- i, i) <i ) 式中，k 21, l^o ........(11) (請先間讀背而之注意事項孙塡"木頁) 經濟部中央櫺準局员工消#合作杜印製 -13 - 本紙51尺度边用中國B家楳準（CNS) T4規格（2丨0X297公龙) 221:582 A 6 Π 6

五、發明説明（)fv {k, D q v 〇c, i、 σζ ih, i) ^ a2 (k. i) ^ a2 (/c, i-1)) V ( Jc , l) σ2 (k, i-1) (請先閲讀背而之注意事項#填寫本頁) v (ktl) - ^lv (k, l) 叙< (a2(k,i) <λ 戎 a7(ktl-i) < (12) 線- 經濟部中央標準局A工消t合作杜印製 於上述（11)及（I2)式中，表示輝度起伏形狀之參數使 用輝度分散。再生阈像中之塊（^)内之视知覺輝度之分 散CT2(k，i)被定義爲下式。 M-1 N-1 (13) 式中P(k，l)爲再生圖像中，塊（kl)内之视知覺輝度 之平均，其T由下式定義。 -14 - 228532 Λ 6 Β 6 經濟部屮央標準局只工消费合作社印製 五、發明説明（） M-l N-l ,, ΛΤ ΣΣΥ(^ + ί.Νι+])η , 7 ， ί=〇 /=〇 ρ ( k，I) =τ —------ " ~---Μ Ν ........(14) 將（I3)及（ΙΑ)所定義之輝度分散用以作爲粹度起伏之 參數時，TPf低計算成本。計算結果亦可充分逄利精確度 上之要求。本發明所採用之（11)及（I2)式之塊失真责度， 充分顧及人體视知覺特性，因而能遑切地評估有關塊失其 之圈像品質。又，由於使用計算成本低廉之分散，計算處 理也容易。 使用本發明之（11)及（I2)式所表示之塊失其量度，在 逋宜遒擇量子化表之下進行園像之墨縮伸展，可遑成效率 良好的圖像壓缩。 〔發明之效果] 本發明之方法所採用之塊失真評佑法係充分麵及人體 之视覺特性，發光輝度之電墨特性，视知覺之對亮度之辨 別臨限特性等，因此可成爲能施行迤當而正確的明像評估 的量度，根據此量度遴擇壓縮參數，即可違成塊失真少， 且壓蜿率高的壓縮伸展。 另外’若在背用方法中’將輝度起伏參數包含於此種 特性時，則會招致計算成本増加，而實質上成爲無法處理 之局面，然而本發明之方法因係使用輝度之分散，而不用 -15 - (請先閲讀背而之注意事項#構寫本頁) 裝- 訂* 線- 本崎足度成用+國明家採平(CNS)T4規格⑵伙观公⑴ 22C582

Λ (i Η C 五、發明説明（） 理論上忠實的參數，所以可降低計算成本，同時利用本發 明方法算出之值的誤差橄小，因而可成爲正確的評估量度 〇固式之簡單説明：圖1爲利用DCT碼變換之圖像壓縮法之説明圏。 (請先閱讀背而之注意事項#塡寫本頁) 經濟部屮央標準局Μ工消#合作社印製 本紙5IL尺度逍用中a S家標毕(CNS) Τ4規格（210X29·/公龙) 16

Claims (1)

1. !鞠書正

   六、申請專利範面 (八十三年五月修正〉 1·一種利用正交變揍及碼化的闺像壓铕伸展方法，色含 下列步戏： 依據一壓縮麥數非綵性的墨縮敌固像的，酋參數之決 定爲對一兵有預定數像元的堍參照人類對羌度利敢的视知 凳進行阑像評估的結果，拔像元係對該阈像分剌而獲得； 該非線性的恩箱進一步包含以下步麻： 在相郎塊與塊之逢界提供一塊失真責度；及 根捸核塊失真量度調整款壓缩參數； 其中該塊失真量度係分别在兩相郇塊之水平及垂直邊界依 下列公式進行計算： 9/t a, i) ik, l)σ2 (k, l) (i 名 a2 u. z)含 σ2 (卜1 ^)) (fc, l) 9/» (¾ , l) ( ： < ...................................-..................................................裝..................…訂.....................線 ί請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) σ2 (k- i, i) s σ2α-1, i) ^ σζ <-k>l)) 經濟部中央棵準局貝工消费合作社印製 Uc, l) = qh l) -17 本紙張尺度逋用t Η國家標準（CNS)甲4規格（210x297公*) SB-532 A7 B7 C7 D7 六、申請專利範团式中，kgl, 1 (11) υ { k , l)= v d i) σ2 (k, i) (i ^ σ2 (k, i) ^ a2 (/c, i-1)) 9 v Uc, l) v (k,l) (請先《讀背面之注意事,fi再寫本頁) a2 i-1) (1^ σ2 ik, i-1) ^ σ2 Uc, i) ^ v (k , l) = ^ υ (k , l) σ2 (k, i) <i 氐 a2(A：, z- l) < 式中，k 2〇, 1 (12) 再生围像中之塊（k,l〉内之视知覺輝度之分散〇< (k,l)表成如下式（13); 2 Μ-1 Ν-Γ σ2 (U) = Σ Σ ⑽ ,Ni+ j ) - p 〇c, l)] 鳗濟部中夹櫺準局e工消费合作社印Ϊ (13) 且p (k,l)爲再生圖像中之塊（k,l)內之视知覺輝度之 -18 - 本纸張尺茂適用中囲囲家樣翠（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） 582 A7 B7 C7 D7 __ 六、申請專利範園 平均，並可表成如下式； ς ς y(^+i,Nl+j) P(k,l) r, -1:° --- Μ Ν ........(14) ο 2 .依申請專利範明第1項所述之利用正交變揍及蜗化的 阐像壓缩伸展方法，其中該靨縮進一步包含以下步驟： 利用離散餘弦變換（dct)法變換原圖像而提供被史換 遇®I 像（transformed image); 根捸一相對應於技壓缩參數的责子化表將該被變換遏 闺像量子化而提供被量子化固像；及· 利用一碼化表碼化玆被量子化W像而提供被碼化阖像 •，及 敌伸展包含以下步驟： 利用該碼化表捋該被碼化固像解碼而提供拔被黃子化 阑像； 利用該量子化表捋該被量子化圈像逆量子化而提供該 被變楱遇固像；及 利用該DCT法將該被量子化圊像逆變揍（inversely transf〇rming〉而提供再生圖像。 -19 - 本紙張尺度過用中囲a家锞準（CNS)甲4規格（210 x 297公釐》 (請先«讀背面之注意Ϋ項再頊寫本頁) 丨裝· 訂. 蟋濟部中夹襟準局工消费合作钍印5<