TW457464B - 2D image compression method and the compression device - Google Patents

Description

1ST4 84 五、發明說明（1 ) 本發明係有關於一種二維影像的壓縮方法以及運用本 方法之壓縮裝置’尤指一種關於中文字形之二維影像的壓 縮方法以及壓縮裝置。 隨著資料壓縮技術（data compression techniques) 被廣泛的運用於通訊領域上。例如：視訊傳輸（vide〇 transimssion)、電信傳輸（telemetry transrnissi〇n)以 及資料儲存（data storage)等等，都利用資料壓縮技術來 增加訊號的傳輸量以及儲存量。 就中文字形而言，常用字有五千多個字，而次常用字 亦有七千多字。以64x64的點矩陣（dot matrix)的_文字 形為例’就需要一個容量約6M by t es的ROM，才能將常用 字以及次常用字儲存下來。而且，中文字又分為楷體、隸 書體、行書體等多種類別，每一種字形又有不同的大小 (size)。因此，所需要的記憶體（memory)就相當的龐大， 在這種情形下’字形壓縮的技術就可以備用來解決上述記 憶體過於龐大的問題。 習知的字形壓縮技術包含有： 1. 一維預估編碼（2~D prediction coding):這是將 每一個字當成一個二维影像直接進行壓縮的技術。此種編 碼方法疋利用鄰近圖素（p丨x e I)間的關聯性 (relationship)來作預估編碼的一種方法。由於是利用鄰 近圖素來作預估’因此錯誤傳遞（error propagation)的 現象也隨著預估錯誤增加而增加，最後導致整個系統壓縮 率降低。雖然可以增加預估用之樣板（t e m p 1 a t e)中圖素的

第4頁 487464 五、發明說明（2) ' ' -—- 量，以求得一個較佳的預估函數，但是隨著樣板中圖素數 量的增加，預估函數的複雜度也會以指數倍數地增加’。'如 何於其中求得一個平衡點，是此類技術的重要課題。 2. 輪廓編碼（Contour coding):這種編碼方法是利用 字形的輪廓（contour)來加以編碼，以其達到壓縮的目 的。首先，先以邊緣檢測的方法將字形的輪廓求出，然後 再將字形的輪廓用鏈結碼（chain code)加以編碼。適當的 選擇鏈結碼，可以將此類字形的編碼解壓縮成不同大小的 子形。但是’使用此種編碼方式，在壓縮率 ratio)上難以彳于到較佳的效益（perf〇rmance);而且，整 個編碼架構的複雜度也較其他的編碼方式來的高。 3. 筆劃編碼（Stroke coding):這類編碼方式有―個 事先设计好的儲存字形—筆劃表（code book)。此種方法主 要是利用圖形辨識（pattern recognition)的技術，將欲 壓縮的字形分解成字形筆劃表中的字形筆劃。此類的編碼 架構雖可以獲得較佳的壓縮結果，但是，由於是系統預先 設定的字形，所以還原後的字形並無法和壓縮前的字形相 同。譬如說’如果欲壓縮一個隸書的『達』字，但是系統 僅有棺體的『達』字’就會有字體不符的情形發生。 4. 方塊編碼（rectangular coding) ··請參閱文獻s.a. Mohamed and Μ.M. Fahmy, "Binary image compression using efficient partitioning into rectangular regions, " IEEE Trans. Comm. , Vo 1.43, pp. 1 888- 1 8 93，May 1 995。這類的二維影像之壓縮方法首先

第5頁 457464 五、發明說明（3) 將二維影像中值為趣輯1的區域分割成若干個長方形區域 後，將長方形區域中的圖素的值改為邏輯0，最後對邏輯0 以外的圖素進行編碼。然而，切割成若干個長方形區域的 方法較為複雜，而且，符號位置的編碼也會隨著影像大小 而改變，進而影響到整個文字的壓縮率。 有鑑於此，本發明的主要目的，在於提供一種簡單的 二維影像的壓縮方法，能夠去除原來二維影像中冗餘部 分，能獲得較佳的壓縮效果。 根據上述之目的，本發明提出一種二維影像的壓縮方 法。該二維影像係以複數排列成陣列之圖素所構成。每一 圖素之值係以邏輯0以及邏輯1其中之一表示。該壓縮方法 之步驟包含有第一方向簡化以及第二方向簡化。第一方向 簡化，用以去除該二维影像之第一方向上冗長之部分，亦 即將值為邏輯1的圖素重新定值為垂直特異、邏輯1以及 邏輯〇其中之一，以產生一暫時影像。第二方向簡化，用 以去除該暫時影像之第二方向上冗長之部分，將值為邏輯 1的該圖素重新定值為第二特異、邏輯1以及邏輯0其中之 一。其中，該第一方向係與該第二方向相垂直。 該第一方向可以是水平方向，那第二方向就是垂直方 向。該第一特異則是水平特異，該第二特異是垂直特異。 相反的，該第一方向可以是垂直方向，那第二方向就是水 平方向。該第一特異則是垂直特異，該第二特異是水平特 異。 本發明之壓縮方法另包含有一編碼步驟，對值為第一

457464 五、發明說明（4) 特異、第二特異以及邏輯1的該圖素進行編碼，以表示每 一圖素的值以及所在位置。 為了得到一更好的壓縮率，本發明之壓縮方法另提供 了兩個步驟，一步驟個是平均分割（s e g m e n t)該二維影像 為複數之圖塊；另一個步驟是提供一圖塊大小碼，以代表 每一圖塊中之圖素的總—數目。而本發明之壓縮方法對每一 圖塊進行編碼時，會提供—圖塊碼予每一圖塊，以代表一 有被編碼之圖*。並且，本發明對每-欲蝙碼之 code)表示。該可變長产長之度數之/£位碼（a Varla一ble~length 的圖素之位置至同位石馬_的長度係為前一被編碼 需之最小長度。 取後一圖素之位置差編碼時所 本發明另提供—種-全 係以複數排列成陵——維影像之壓縮裝置。該二維影僮 輯。以及邏輯丨以！】素所構成，每-圖素之值係2 第一方向簡化裝置以及—不。本發明之壓縮裝置包含有_ 化裝置用以去除該二維】二方向簡化裝置。第一方向簡 即將值為邏輯1之圖 、7像—之第一方向上冗長之部分，亦 輯〇其中之一，以產生—塹1值為第一特異、邏輯1以及邏 去除該暫時影像之第_皙恰影像。第二方向簡化裝置用 1之圖素重新定值為苐'二方向上冗長之部分’並將值為邏輯 一。並且，第一方向與―第、一異方；^輯1以及邏輯0其中之 本發明之壓％方向相垂直。 A $裝置另句合古 特異、第二特異以及 I a有一編碼裝置，對值為第—

輯的該圖素進行編碼，以表示每 第7頁 45746d 五'發明說明（5) 一圖素的值以及所在位置。 本發明之壓縮裝置另包含有T切割裝置，用以平均分 割該二維影像為複數之圖塊。其中，該編碼裝置會提供一 圖塊大小碼，以代表每一圖塊中之圖素的總數目；並提供 一圖塊碼予每一圓塊，以代表一圖塊是否有被編碼之圖 素。並且’編碼裝置對每一欲編碼之圖素所在位置以一可 變長度之數位碼（a variable-length code)表示。該可變 長度之數位碼的長度係為前一被編碼的圖素之位置至前一 被編碼的圖素所在之圖塊中最後一圖素之位置差編瑪時所 需之最小長度。 本發明之優點在於以一簡單的處理方法便消除大量冗 餘的部分，所以需要編碼的圖素變的相_當少。並且，有效 的將二維影像平均地切割為為複數之圖塊，每一個圖素的 所在位置之表示是以依據一圖塊中的相對位置加以編碼， 因此，能縮小表示每一個圖素的所在位置所需要的長度。 這些都能使壓縮率獲得相當不錯的效果。 為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂， 下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如 下： 圖式之簡單說明： 第1圖為本發明所欲壓縮之二維影像示意圖； 第2A圖以及第2B圖是兩種本發明之壓縮裝置的示意 圖； 第3圖為第2A圖之水平方向簡化裝置16a以及垂直方向

五、發明說明（6) 簡化裝置1 6 b之實施例示意圖； 第4圖為本發明之位置碼的長度示意圖； 弟5圖為編碼後的值碼與位置碼的順序圖； 第6 A圖為加入切割裝置後之本發明的壓縮裝置的示意 圖； 第6 B圖為二維影像切割圖； 弟7圖為編碼後的圖塊碼、值碼與位置碼的順序圖； 第8圖為本發明之壓縮方法的一個實施例示意圖； 第9A圖為相對應於第2A圖之解壓縮裝置示意圖；以及 第9B圖為相對應於第2B圖之解壓縮裝置示意圖。 符號說明： 10、30〜二維影像；12〜圖素；14~簡化裝置；16a〜水 平方向簡化裝置；16b:垂直方向簡化裝置；18〜編碼裝 置；32a〜第一圖塊；32b〜第二圖塊；32c〜第三圖塊。 實施例： 本發明提供一種二維影像的壓縮方法以及運用本方法 之壓縮裝置。請參閱第1圖，第1圖為本發明所欲壓縮之二 維影像示意圖。二維影像1 0以複數排列成陣列之圖素1 2所 構成，每一圖素之值係以邏輯〇(空格）或邏輯1 (黑隔）的二 維方式表示。 ' 因為中文字形中，其筆劃以水平與垂直居多，所以本 發明利用這種現象來作壓縮編碼。因此，本發明之壓縮裝 置便分別的簡化垂直方向上以及水平方向上冗長的部分， 然後才進行編碼。簡化的順序是先由第一方向上先簡化，

五 '發明說明（7) =才進行第二方向上的簡化 ，者是水平方向，第二方向則是：方：可以是垂直方向 疋說，垂直方向簡化或水平方二弟—方向相垂直，也就 請參閱第2A圖以及第2B圖：f 9，可以任意的排列。 本發明之壓縮裝置的千音固 乐4圓以及第2B圖是兩種 有—水平方向簡化裝置r6a圖、。—本發明之簡化裝置u包含有 —編碼裝置18。 垂直方向簡化裝置16b以及 水平方向簡化裝置16a用以 向上冗長之部分，並將值禾—維影像1 0之水平方 特異、邏輯1以及邏輯〇其;之之圖素重新定值為水平 用去除二維影像10之水平方2 三垂直方向簡化裝置16b 輯1之圖素重新定值為垂直°里\几，。之部分，並將值為邏 ~。 ^ 趣輯1以及邏輯ο其令之 水平方向簡化裝置16a中 影像10的四個角落的四個圖素12的處理順序是由二維 向後垂直方向的順序處㊣。嬖二之—為起點，先水平方 角之圖素作為起點，由左心1 ’由二維影像iG的左上 理；垂直方向簡化步晉、由上而下的順序進行處 的四個角落的四個圖素其令之一序疋由-維 。後水平方向的順序處理。嬖 ，二I 垂直方 角之圖素為起點，依序的丄；，：而：像10的左上 以條例方式解釋如下： 上而下、由左而右。簡化法則 A’在水平（或泰言彳古_ 1的圖青，目I丨飞^ 向，若有連續兩個从上值為邏輯 ’、，丨頭尾兩個圖素之值設定為邏輯1，其餘圖素之

第10頁 457464 五、發明說明（8) 值均設定為邏輯〇。 B.在水平（或垂直）方向’若圖素的值為邏輯1並且與 該方向上相鄰的2圖素之值均不同，則將其值設定為水平 特異（或垂直特異）。 由此可知，·水平方向簡化裝置1 6a以及垂直方向簡化 裝置16b的簡化運作順序相同’唯一不同的僅是圖素的輸 入方向。一個是以垂直的方向依序輸入，另一個是以水平 的方向依序輸入。水平方向簡化裝置16a可以較垂直方向 簡化裝置1 6 b先處理二維影像1 〇，如第2 A圖所示。垂直方 向簡化裝置1 6 b亦可以較水平方向簡化裝置1 6 &先處理二維 影像1 0 ’如第2 B圖所示。 清參閱第3圖，第-3圖為第2A圖之水平方向簡化裝置 1 6a以及垂直方向簡化裝置丨6b之實施例示意圖。原始的二 維影像1 〇經過水平方向簡化後，水平方向上冗長部分（重 複部分）已經被消除，另外產生了兩個值為水平特異的圖 素，因此產生一個暫時影像丨〇a。之後，再經過垂直方向 簡化，暫時影像10a中垂直方上冗長部分（重複部分）也被 消除，另有三個值為垂直特異的圖素產生。在此，無論是 垂直或是水平方向簡化，都只是處理值為邏輯丨的圖素\ 因此，水平特異與垂直特異的圊素均會被保留至最後、。 經過垂f或是水平方向簡化之後，二維影像1 〇b剩下 了大量值為邏輯〇的圖素、以及少數值為邏輯1、水平特異 以及垂直特異的圖f。接著’本發明中之編碼裝置18對值

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V 五、發明說明（9) 為垂直特異、水平特異以及邏輯1的圖素進行編碼，以表 示每一圖素的值以及所在位置。每一圖素的值與所在位置 分別以一個值碼與位置碼表示。譬如說，對圖素之值依照 弟1表重新編碼。 值 值碼 邏缉1 0 垂直特異 10 水平特異 110 EOF(end of file) 111 第1表 其中，EOF表示對二維影像1 0b中值為垂直特異、水平 特異以及邏輯1的圖素，已經編碼完成。 至於每一圖素的位置碼，本發明以當下進行編碼的圖 素之位置與前一被編碼的圖素之位置的差表示，並且這樣 的位置碼是以一可變長度之數位碼（a variable-length code)表示。可變長度之數位碼的長度是為前一被編碼的 圖素之位置至該二維影像中最後一圖素之位置差編碼時所 需之最小長度。在此，設第一個圖素的位置為0，則當下 編碼的位置碼之長度η = ί^#-ίΡΓ1 。其中，L為二維影像1 0 的圖素總量，lp為前一被編碼的圖素之位置。至於位置碼 則等於le-lp，1。表示當下編碼的圖素之位置。請參閱第4 圖，第4圖為本發明之位置碼的長度示意圖。假使二維影

第12頁 五、發明說明（ίο) 像包含有26 = 64個圖f，如果前一個編碼的圖素位於_ 個’那當下之圖素的位置碼長度就需要6個位元，如果前 二固：：：圖素位於33個到48個，那當下之圖素的位置碼 要5個位元，以此類推。也就是說，越後面的圖 費的長度就越短。這樣可以節省描述位置時所耗 費的長度’並增加塵縮率。 =閱第5圖，第5圖為編碼後的值碼與位置碼 =:二此’編碼裝置18依序對值為垂直特異、水平特異以 的圓素進行編碼’並依序的產生值碼以及位置 ^ ΐ編碼完二維影像中最後—圖素後，加上E0F的值 碼的及第6B圖所示1 了更為有效的縮短位置 卞Ϊ長度，本發明更提出一切割裝置，用以平均分割二维 碼。因為是對一：ίί 個的圖塊進行編 仅被編碼的圖素之位置至同一圖塊令最後一圖素之 俊置^編碼二所需之最小長度。設一圓境的第-個圖素之 一為0則s下編碼之圖素的位置碼之長度 編^m。其*，lb為一圖塊的圖素總量，l為前—被 、表二下圖塊中的位置。至於位置碼則等於i、 瑪時的圖素在一圖塊中之位置。編碼裝置於編 編巧之一！塊碼予每一圖境，以代表-圖塊是否有被 馬之圖素。譬如說’圖塊碼等於0表示

'' — ______ ________________ 五、發明說明（11) 要編碼的圖素’圖塊碼等於1表示一圖塊中有需要編碼的 圖素°最後的編碼結果便如第7圖所示，第7圖為編碼後的 圖塊碼、值碼與位置碼的順序圖。當圖塊中有需要編碼的 圖素’則圖塊碼為1 ，接著定義後面的值碼以及位置碼， 最後加上一個EOF的值碼。當圖塊中沒有需要編碼的圖 素’則圖塊碼為〇 ’並直接進行下一個圖塊的編碼。 請參閱第8圖，第8圊為本發明之壓縮方法的一個實施 例示意圖。當對二維影像30中間的第一圖塊32a、第二圖 塊32b以及第三圖塊32c進行編碼時，第一圖塊32a沒有需 要編碼的圖素，所以產生圖塊碼0。接著第二圖塊32b有需 要編碼的圖素，所以產生圖塊碼1。第二圖塊的第一個需 要編碼的圖素之值為水平特異，所以值碼為丨丨〇。第一圓 素的位置為，所需聲的位置瑪長度為log2[26-〇] = 6，所 以位置碼為0 0 11 〇 〇。以此類推。當第二圖塊的最後一個圖 素編碼完成時，加上EOF的值碼，也就是111。跟著進行第 —圖塊32c的編碼。第三圖塊32c並沒有需要編碼的圖素， 所以產生圖塊碼〇。最後編碼的結果，就像第8圖中的位 串列》 圖塊的大小和編碼後的壓縮率有一定的關係。編碼後 的位元數的大小主要是由BE〇F (—個圖塊中E〇f所用的位元 數）、BP〇Siti〇n(一圖塊中位置碼所用的總位元數）以及BCQde(— 圖塊中值碼所用的總位元數）所決定。如同公式（1)所表 示：

第14頁 4574ο 五 '發明說明（12) 其中’ BtDtai表示壓縮後的總位元數，Μ表示二維影像 的總圖素數目，L表示一個圖塊的總圖素數目。就同一個 二維影像而言，需要編碼的圖數的總個數一定是不變的， 所以M/L*BeQde的值並不會隨著l變化而改變。但是，當L與Μ 非常接近時，每一個用來表達用以表達位置的位置碼長度 會變的很長，所以位置碼所需的總位元數M/L*BPDSiticn便會 很大。因此，減小圖塊大小L便能有效的減小壓縮後的總 位元數，增加壓縮率。然而，當L小到一定的程度後， M / L * B£GF所增加的位元數便會大於位置碼所減少的位元 數。也就是說，圖塊大小L也不可以太小，而有一個適切 it (optimized value)。 本發明另提供一個位元預估方法來選擇能得到最大壓 縮率之圖塊大小L。如-同公式（2)以及公式（3 )所示： 10¾ i 艺 2 - A：- 1) ----------- (2) ·) = |cy2k, f〇r k 二 1，2广…，G〇g,L)-l ⑺

} A(k) = A(k - 1), for k = log 2L 其中，cb表示在一個圖塊内需編碼之圖素的總數量， A(k)表示位置碼長度為logA-k-l之圖素數量。因為bedf的 長度是已知（如第1表所示），而Bp〇smDn可由公式（2 )以及公 式（3 )獲得。所以只要給定L的大小，壓縮後的總位元數 lotai便可以由公式（1)、 公式（2 )以及公式（3)求出。經過 比較過後，便可以得到L的適切值° 參閱第2表，第2表為二維影像大小為128x128的壓縮

457 4 五、發明說明（13) 率 0 涵洗大小 4x4 8κ8 16x16 32x32 64x64 128x128 楷琥 0.19 0.15 0.16 0.19 0.22 0.26 銶書艏 0.15 0.12 0.12 0.14 0.16 0.19 明敢 0.17 0.14 0.15 0.18 0.21 0.24 第2表 當二維影像大小為1 28x 1 28時，第2表證明了圖塊過大 ( = 128x128)與過小（ = 4x4)時’壓縮率都不是最小。反而， 圖塊大小為8x8時，不論楷體、隸書體或明體的字形都有 不錯的壓縮率》 當選定一種圖塊犬小時，編碼裝置當然必須提供一圖 塊大小碼，以代表每一圖塊中之圖素的總數目。所以解碼 器才能藉以知道圖塊的大小並加以解碼。 請參閱第9A圖以及第9B圖，第9A圖為相對應於第2A圖 之解壓縮裝置示意圖，第9B圖為相對應於第2B圖之解壓縮 襞置示意圖。當然的，解壓縮裝置必須隨著壓縮裝置不同 而不同。當壓縮裝置先進行的步驟，解壓縮裝置必須後進 行。所以’如果壓縮裝置的水平簡化比垂直簡化先進行， 如第2A圖所示，則解壓缩時，解碼後必須先執行垂直恢 復’然後才進行水平恢復。反之亦然，如第2B圖以及第9B 圖所示。

4 5 7 4 L_ 五、發明說明（14) 相較於習知的壓縮方法，本發明利用相當簡單的水平 簡化以及垂直簡化的運算，大量的去除掉水平方向以及垂 直方向冗長的部分，並且，以一個圖塊為編碼單位，利用 可變長度之數位碼（a variable-length code)來表示圖素 的位置碼，所以能提高整體的壓縮率。 本發明雖以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限 定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

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Claims (1)

1. 457464_ 六、申請專利範圍 1. 一種二維影像的壓縮方法，該二維影像係以複數排 列成陣列之圖素所構成，每一圖素之值係以邏輯〇以及邏 輯1其中之一表示，該壓縮方法包含有下列步驟： 第一方向簡化，用以去除該二維影像之第一方向上冗 長之部分，將值為邏輯1的該圖素重新定值為第一特異 (first singularity)、邏輯1以及邏輯0其中之一，以產 生一暫時影像；以及 第二方向簡化，用以去除該暫時影像之第二方向上冗 長之部分，將值為邏輯1的該圖素重新定值為第二特異 (second singularity)、邏輯1以及邏輯0其中之一； 其中，該第一方向係與該第二方向相垂直。 2. 如申請專利範圍第1項之壓縮方法，其中，該第一 方向係為水平方向，該第二方向係為垂直方向，該第一特 異係為水平特異，以及該第二特異係為垂直特異。 3. 如申請專利範圍第1項之壓縮方法，其中，該第一 方向係為垂直方向，該第二方向係為水平方向.，該第一特 異係為垂直特異，以及該第二特異係為水平特異。 4. 如申請專利範圍第1項之壓縮方法，其中，該壓縮 方法另包含有一編碼步驟，對值為第一特異、第二特異以 及邏輯1的該圖素進行編碼，以表示每一圖素的值以及所 在位置。 5. 如申請專利範圍第4項之壓縮方法，其中，對值為 第一特異、第二特異以及邏輯1之圖素進行編碼時，每一 圖素所在位置係以該一圖素之位置與前一被編碼的圖素之

   第18頁 457464 六、申請專利範圍 位置的差表示。 6 .如申請專利範圍第4項之壓縮方法，其令，對值為 第一特異、第二特異以及邏輯1的該圖素進行編碼時，每 一圖素所在位置係以一可變長度之數位碼（a var i ab1e-1ength code)表示。 7 ,如申請專利範圍第5或6項之壓縮方法，其中，該可 變長度之數位碼的長度係為前一被編碼的圖素之位置至該 二維影像中最後一圖素之位置差編碼時所需之最小長度。 8.如申請專利範圍第4項之壓縮方法，其中，該壓縮 方法另包含有下列步驟： 平均分割該二維影像為複數之圖塊；以及 提供一圖塊大小碼，以代表每一圖塊中之圖素的總數 目。 9 .如申請專利範圍第8項之壓縮方法，其中，該壓縮 方法另包含一步驟，提供一圖塊碼予每一圖塊，以代表一 圖塊是否有被編碼之圖素。 1 0 .如申請專利範圍第6或9項之壓縮方法，其中，該 可變長度之數位碼的長度係為前一彳皮編碼的圖素之位置至 同一圖塊中最後一圖素之位置差編碼時所需之最小長度。 1 1 . 一種二維影像的壓縮裝置，該二維影像係以複數 排列成陣列之圖素所構成，每一圖素之值係以邏輯0以及 邏輯1其中之一表示，該壓縮裝置包含有： 一第一方向簡化裝置，用以去除該二維影像之第一方 向上冗長之部分，並將值為邏輯1之圖素重新定值為第一

   第19頁 457464 六、申請專利範圍 該可變長度之數位碼的長度係為前一被編碼的圖素之位置 至前一被編碼的圖素所在之圖塊中最後一圖素之位置差編 碼時所需之最小長度。