專利名稱：一種用于壓縮圖像數(shù)據(jù)的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像數(shù)據(jù)的壓縮。本發(fā)明特別涉及能高效地壓縮圖像數(shù)據(jù)的方法及裝置。
背景技術(shù)：
運動聯(lián)合圖像專家組(M-JPEG)是一種用于運動圖像壓縮的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，是基于聯(lián)合圖像專家組(JPEG)格式的，這種格式用于壓縮靜態(tài)圖像。M-JPEG廣泛用于數(shù)字視頻編輯中，并支持可變的壓縮系數(shù)，也就是說，它能夠自由地建立起壓縮系數(shù)。在M-JPEG中，壓縮包括運動圖像的每一幀，再生成JPEG格式。
因為M-JPEG僅應(yīng)用空間壓縮方法來壓縮圖像數(shù)據(jù)，那么很容易訪問到幀，因而可高效地執(zhí)行數(shù)字視頻編輯。支持實時壓縮的M-JPEG硬件在市場上已經(jīng)公開。因為M-JPEG壓縮目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)而與當(dāng)前幀和前一幀的關(guān)系無關(guān)，和運動圖像專家組(MPEG)不同，所以即使執(zhí)行壓縮后，也可很自由地編輯每一幀。另外，因為M-JPEG不使用幀間信息，所以不向下一幀傳遞傳輸錯誤。同時，在M-JPEG中，因為每一幀被單獨地傳輸，所以依據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，可以應(yīng)用可變的帶寬。另外，提供優(yōu)于MPEG的圖像質(zhì)量。
盡管應(yīng)用高性能中央處理單元(CPU)的軟件方法近來已經(jīng)產(chǎn)生，但是應(yīng)用硬件芯片的壓縮方法的缺點在于，當(dāng)芯片和驅(qū)動器彼此不同時，對于即使相同的M-JPEG方法也不可能兼容應(yīng)用。因為M-JPEG不應(yīng)用幀間信息，所以M-JPEG比MPEG具有較低的壓縮系數(shù)，因此需要更大的帶寬。另外，M-JPEG比MPEG更難實施語音同步，需要更高性能的CPU。
圖1是框圖，示出了傳統(tǒng)的M-JPGE編碼器。
參考圖1，M-JPEG 100包括離散余弦變換(以下稱為“DCT”)部分101，量化部分102，和熵編碼器103。該DCT部分101處理輸入圖像，每個輸入圖像被劃分成包括8*8像素的塊。也就是說，通過使用相對于每個塊的作為基函數(shù)的余弦信號，將在相臨近像素之中通常具有非常高的相關(guān)性的圖像信號轉(zhuǎn)換為彼此之間無相關(guān)性的頻率范圍。因此，代表低頻率分量的DCT系數(shù)具有大的值，而代表高頻率分量的DCT系數(shù)具有非常小的值。
根據(jù)每一頻率，通過劃分使用量化系數(shù)通過DCT部分101獲得的DCT系數(shù)，量化部分102減少大量有效位。因此，具有相對小值的高頻系數(shù)通過量化變成接近0。
考慮到這些生成概率，熵編碼器103從經(jīng)過量化步驟的DCT頻率系數(shù)值中創(chuàng)建帶有“0”和“1”位串。也就是說，熵編碼器103編碼分量，其中通過DCT和量化空間重復(fù)被消除。
圖2是框圖，示出了傳統(tǒng)的視頻編碼器，即，MPGE編碼器。與M-JPEG比較，MPEG具有非常高的壓縮系數(shù)，即非常低的比特率。但是，MPEG編碼器具有的缺點在于，因為包括用于執(zhí)行解碼步驟的運動估計和補償部分205及反DCT部分204，花費了過多壓縮時間。同時，另一個缺點在于，因為應(yīng)用幀間代碼來消除幀中的時間重復(fù)，造成錯誤累積。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解DCT 201、量化塊202和熵編碼器203在操作上與DCT 101、量化塊102和熵編碼器103相似。從而在此不作描述。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明解決了上述提及的現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種壓縮裝置及壓縮方法，其能夠防止錯誤累積，同時減少圖像數(shù)據(jù)尺寸，并增加壓縮系數(shù)。
為了實現(xiàn)這個目的，依照本發(fā)明的一個方面，提供一種用于壓縮圖像數(shù)據(jù)的裝置。該裝置包括塊劃分部分，用于把圖像數(shù)據(jù)的每一幀劃分成多個塊；塊確定部分，用于確定已劃分的塊的類型；及壓縮部分，用于根據(jù)已劃分塊的類型執(zhí)行壓縮。
依照本發(fā)明的另一方面，提供一種用于壓縮圖像數(shù)據(jù)的方法。該方法包括把已接收圖像數(shù)據(jù)的每一幀劃分為多個塊；確定已劃分塊的類型；當(dāng)確定當(dāng)前塊為更新塊時，壓縮當(dāng)前塊的值；當(dāng)確定當(dāng)前塊為運動塊時，壓縮當(dāng)前塊的值；以及當(dāng)確定當(dāng)前塊是靜態(tài)塊時，壓縮塊之間的差。


結(jié)合相應(yīng)附圖，從以下的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的以上和其它目的，特征和優(yōu)點將變得更清楚，其中圖1是框圖，示出了傳統(tǒng)的運動聯(lián)合圖像專家組(M-JPEG)編碼器；圖2是框圖，示出了傳統(tǒng)的視頻編碼器；圖3是一視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的在圖像數(shù)據(jù)的幀中建立的更新列；圖4是框圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的壓縮編碼器；圖5是流程圖用于說明根據(jù)本發(fā)明實施例的壓縮過程；圖6A至圖6E是視圖和圖表，示出了根據(jù)圖5中所示流程的已壓縮的圖像數(shù)據(jù)結(jié)果；圖7A至圖7E是視圖和圖表，示出了根據(jù)圖5中所示流程的已壓縮的圖像數(shù)據(jù)結(jié)果；及圖8A至圖8E是視圖和圖表，示出了根據(jù)圖5中所示流程的已壓縮的圖像數(shù)據(jù)結(jié)果。
在這些附圖中，即使在不同的附圖中描述，相同或相似的部件通過相同的參考數(shù)字標(biāo)識。
具體實施例方式
參考相應(yīng)的附圖將描述根據(jù)本發(fā)明實施例的用于壓縮圖像數(shù)據(jù)的裝置和方法。雖然大量具體的特征，如塊的類型、參考值、更新列的位置、塊的尺寸等等以例子給出，但是提出這些僅是提供本發(fā)明的更好的理解。同時，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚，在沒有具體的示范性的特征條件下，也可實施本發(fā)明。在以下本發(fā)明的實施例的描述中，出于簡練的目的，將省略在此包含的結(jié)構(gòu)和已知的功能的詳細(xì)描述。
關(guān)于本發(fā)明的實施例，“運動塊”指一種塊，其中，在當(dāng)前塊和前一幀中的相應(yīng)的塊之間的能量差比預(yù)定的參考值大。也就是說，運動塊具有從前一塊中的圖像改變。此外，“靜態(tài)塊”，正與運動塊相反，是指在當(dāng)前塊和前一幀中的相應(yīng)的塊之間的能量差比預(yù)定的參考值小。靜態(tài)塊代表一種塊，其中，當(dāng)前塊和前一幀中的相應(yīng)的塊之間的差被確定為最小。
另外，“更新塊”指的是存在于更新列中的一種塊，其中，該更新列用于防止錯誤累積?？偟膩碚f，運動圖像編碼器包括一解碼器。也就是說，在實際的編碼中，為了減少將要傳輸?shù)男畔⒘浚讷@得當(dāng)前幀與前一幀之間的差后，執(zhí)行編碼。
為了簡化硬件結(jié)構(gòu)，本發(fā)明省略以上提及的解碼過程、計算編碼的當(dāng)前幀和原始運動圖像中的前一幀之間的差。在解碼器中可能累積錯誤，解碼器沒有原始運動圖像的前一幀的信息。因此，為了防止這個問題，本發(fā)明的實施例包括內(nèi)編碼過程，其相對于位于更新列內(nèi)的更新塊，不應(yīng)用幀之間的差。也就是說，在本發(fā)明的實施例中，為了防止在靜態(tài)塊中引起的錯誤的累積，每個靜態(tài)塊用將被編碼的當(dāng)前塊與原始運動圖像的前一幀中的相應(yīng)塊之間計算的差進(jìn)行編碼，對每一幀周期性地建立更新列，并相對于位于更新列內(nèi)的塊執(zhí)行內(nèi)編碼，而不考慮在更新列中的各自的塊是運動塊還是靜態(tài)塊。圖3是圖表，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的在圖像數(shù)據(jù)幀內(nèi)建立的更新列。根據(jù)本發(fā)明的實施例，將每幀的預(yù)確定的更新列的位置輸入壓縮編碼器。更新列的水平和垂直尺寸分別優(yōu)選為16和“V”像素，其中“V”代表圖像的垂直尺寸。
圖4是一框圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的壓縮編碼器。
參照圖4，根據(jù)本發(fā)明的壓縮編碼器包括塊劃分部分410，塊確定部分420，和壓縮部分430。塊劃分部分410把接收的圖像數(shù)據(jù)的每個幀劃分成塊，每個塊優(yōu)選具有8*8像素的尺寸。
塊確定部分420包括第一塊確定部分421，塊計算部分422和第二塊確定部分423。第一塊確定部分421確定各自劃分的塊是否位于更新列內(nèi)。如果劃分的塊位于更新列內(nèi)，那么確定該劃分的塊是更新塊。反之，如果劃分的塊不位于更新列內(nèi)，那么確定該劃分的塊為運動塊或靜態(tài)塊。另外，對于任何確定為更新塊的當(dāng)前塊，在未計算當(dāng)前塊和前一幀中的相應(yīng)塊之間的差的條件下，塊確定部分420僅向壓縮部分430傳輸更新塊的值。
相反，當(dāng)?shù)谝粔K確定部分421確定一種塊是運動塊或靜態(tài)塊時，塊計算部分422通過方程式1計算塊和前一幀中的相應(yīng)塊的差，然后向第二塊確定部分423傳輸這個差。
方程式1Σi=0B-1Σj=0B-1(fn(i,j)-fn-1(i,j))2]]>其中，fn(i，j)代表在第n幀內(nèi)的位置(i，j)的像素值，而fn-1(i，j)代表在第(n-1)幀內(nèi)的位置(i，j)的像素值。
第二塊確定部分423比較塊之間的差，這些塊是以預(yù)定的參考值從塊計算部分422中接收的。如果塊之間的差大于預(yù)定的參考值，則第二塊確定部分423確定當(dāng)前塊為運動塊，并向壓縮部分430僅傳輸當(dāng)前塊的值。同時，如果當(dāng)前塊和前一幀中的相應(yīng)塊之間的差等于或者小于預(yù)定的值，則第二塊確定部分423確定當(dāng)前塊為靜態(tài)塊，并向壓縮部分430傳輸塊之間的差。
壓縮部分430包括離散余弦變換(以下稱為DCT)部分431，量化部分432，和熵編碼器433。壓縮部分430編碼塊的值或編碼當(dāng)前塊與前一幀中的相應(yīng)塊之間的差，其根據(jù)更新塊的特征輸入壓縮部分，運動塊和靜態(tài)塊是通過塊確定部分420來確定的。將每個塊編碼為更新塊或運動塊，而在當(dāng)前塊和前一幀中的相應(yīng)塊之間的差分量將相對于被定義為靜態(tài)塊的每個塊編碼。
圖5是一流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的壓縮過程。以下將參照圖4詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。
參照圖5，當(dāng)接收圖像數(shù)據(jù)的幀時，在步驟501上控制器檢測該圖像數(shù)據(jù)幀，在步驟502上，控制該塊劃分部分410把幀劃分為預(yù)定尺寸的塊。為了示出的目的，假定每個塊的預(yù)定尺寸為8*8像素。則第一塊確定部分421確定劃分的當(dāng)前塊是否位于更新列內(nèi)。如果當(dāng)前塊位于更新列內(nèi)，在步驟503上，第一塊確定部分421檢測當(dāng)前塊，并在步驟504上，在未計算當(dāng)前塊和前一塊之間的差的情況下，向壓縮部分430傳輸當(dāng)前塊的值。
相反，在步驟503上，如果當(dāng)前塊不位于更新列內(nèi)，那么第一塊確定部分421檢測當(dāng)前塊，并確定當(dāng)前塊為運動塊或靜態(tài)塊。然后，塊計算部分422計算當(dāng)前塊和前一塊之間的差，并然后向第二塊確定部分423傳輸計算出的差。第二塊確定部分423以預(yù)定的參考值比較塊之間的差。在步驟505上，如果該差大于預(yù)定的參考值，那么第二塊確定部分423確定當(dāng)前塊是運動塊，并在步驟506上僅傳輸當(dāng)前塊的值。相反，在步驟505上，如果差小于預(yù)定的參考值，那么第二塊確定部分423確定當(dāng)前塊為靜態(tài)塊，并在步驟507上，僅傳輸塊之間的差。
通過步驟504、505和506的傳輸塊依次經(jīng)過步驟508、509和510。在步驟508上，通過DCT部分431提供的DCT函數(shù)，該塊從空間區(qū)域轉(zhuǎn)換為頻率范圍。在步驟509上，將通過DCT獲得的64 DCT系數(shù)除以由通過量化部分432獲得的量化系數(shù)值，從而減少大量有效位。在步驟510上，通過熵編碼器433，根據(jù)這些概率分配，以包括“0”和“1”的位形式來編碼量化的DCT系數(shù)。
如果通過步驟510編碼的塊不是幀中的最后一塊，那么控制器在步驟511上檢測這一塊，并返回步驟503。相反，如果通過步驟510編碼的塊是幀中的最后一塊，那么控制器在步驟511上檢測這一塊，并然后確定當(dāng)前幀是否是最后幀。如果當(dāng)前幀不是最后幀，在步驟512上，控制器檢測這一幀，并返回步驟501。相反，如果當(dāng)前幀是最后幀，在步驟512上，控制器檢測這一幀，并結(jié)束壓縮過程。
圖6A至6E，7A至7E和8A至8E是視圖和圖表，用于示出根據(jù)圖5中所示流程的已壓縮圖像數(shù)據(jù)的結(jié)果。
圖6A示出了原始圖像，圖6B示出了經(jīng)過傳統(tǒng)M-JPEG的圖像。圖6C示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的經(jīng)過了壓縮方法的圖像，以及圖6D示出了代表圖6B和圖6C中所示的圖像的位傳輸率的圖表。如上述附圖所示，應(yīng)該理解根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像比經(jīng)過傳統(tǒng)M-JPEG的圖像具有較低的比特率。圖6E示出了代表圖6B和6C中所示圖像的圖像質(zhì)量的曲線圖。在圖6E中，峰峰信噪比(PSNR)是用于代表圖像的圖像質(zhì)量的判據(jù)。方程式2用于計算PSNR。
方程式2PSNR=10log25521HVΣi=0H-1Σj=0V-1|In(i,j)-I^n(i,j)|2]]>其中，In(i，j)代表原始圖像的像素值，In-1(i，j)代表再生圖像的像素值，H代表圖像的水平尺寸，而V代表圖像的垂直尺寸。
參照圖7A至7E和8A至8E，與圖6A至圖6E相似，應(yīng)該理解根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像具有比經(jīng)過傳統(tǒng)的具有大約同一圖像質(zhì)量的M-JPEG圖像具有較低的比特率。
如上所述，根據(jù)定義的塊類型，本發(fā)明的實施例使用了不同的壓縮方法，因此減少了輸入編碼器的數(shù)據(jù)量以增加壓縮系數(shù)，并防止錯誤累積。從而，其優(yōu)點在于位傳輸率低、以及計算量小和硬件結(jié)構(gòu)簡化。
雖然參照具體實施例來描述和示出了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解為，在未背離本發(fā)明的精神和由附加的權(quán)利要書所限定的本發(fā)明的范圍的條件下，其中可做出各種形式上和細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種用于壓縮圖像數(shù)據(jù)的裝置，該裝置包括塊劃分部分，用于把圖像數(shù)據(jù)的每一幀劃分為多個塊；塊確定部分，用于確定已劃分塊的類型；以及壓縮部分，用于根據(jù)已劃分塊的類型來執(zhí)行壓縮。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該塊劃分部分將每一幀分為8像素*8像素為一塊。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該塊確定部分包括第一塊確定部分，用于確定塊是否是位于更新列內(nèi)的用于防止錯誤累積的更新塊；塊計算部分，用于當(dāng)塊不位于更新列內(nèi)時，計算在兩幀中相應(yīng)塊之間的能量差；以及第二塊確定部分，用于通過使用塊之間的能量差，確定塊是運動塊還是靜態(tài)塊。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，在圖像數(shù)據(jù)幀內(nèi)預(yù)先確定更新列的位置。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，當(dāng)塊不位于更新列內(nèi)時，該第一塊確定部分確定所述塊是運動塊還是靜態(tài)塊。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，當(dāng)通過塊確定部分確定當(dāng)前塊是更新塊時，該壓縮部分壓縮當(dāng)前塊的值。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，當(dāng)通過塊確定部分確定當(dāng)前塊是運動塊時，該壓縮部分壓縮當(dāng)前塊的值。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，當(dāng)通過塊確定部分確定當(dāng)前塊是靜態(tài)塊時，該壓縮部分壓縮兩幀中相應(yīng)塊之間的差。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該壓縮部分包括離散余弦變換(DCT)部分，用于向塊提供64DCT函數(shù)以把塊從空間區(qū)域轉(zhuǎn)換為頻率范圍；量化部分，用于將通過DCT獲得的64DCT系數(shù)的值除以量化系數(shù)，從而減少大量有效位；以及熵編碼器，用于根據(jù)量化的DCT系數(shù)的概率分布，將量化的DCT系數(shù)編碼為“0”和“1”。
10.一種用于壓縮圖像數(shù)據(jù)的方法，該方法包括以下步驟將所接收的圖像數(shù)據(jù)的每一幀劃分為多個塊；確定所劃分的塊的類型；當(dāng)確定當(dāng)前塊是更新塊時，壓縮當(dāng)前塊的值；當(dāng)確定當(dāng)前塊是運動塊時，壓縮當(dāng)前塊的值；以及當(dāng)確定當(dāng)前塊是靜態(tài)塊時，壓縮兩幀中的相應(yīng)塊之間的差。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，確定所劃分的塊類型的步驟包括以下步驟確定所劃分的塊是否位于更新列內(nèi)；當(dāng)所劃分的塊位于更新列內(nèi)時，確定所劃分的塊為更新塊；以及當(dāng)所劃分的塊不位于更新列內(nèi)時，確定所劃分的塊是運動塊或靜態(tài)塊。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，確定所劃分的塊是運動塊或靜態(tài)塊的步驟包括以下步驟計算塊之間的差；確定塊之間的差是否大于預(yù)定的參考值；當(dāng)塊之間的差大于預(yù)定的參考值時，確定所劃分的塊是運動塊；以及當(dāng)塊之間的差小于預(yù)定的參考值時，確定所劃分的塊是靜態(tài)塊。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，塊之間的差代表當(dāng)前幀的塊和前一幀內(nèi)的相應(yīng)塊之間的能量差。
全文摘要
公開一種用于壓縮圖像數(shù)據(jù)的裝置及方法。該裝置及方法包括塊劃分部分，用于把圖像數(shù)據(jù)的每一幀劃分為多個塊；塊確定部分，用于確定所劃分的塊的類型；以及壓縮部分，用于根據(jù)已劃分塊的類型進(jìn)行壓縮。該塊類型包括運動塊、靜態(tài)塊和避免了幀間錯誤累積的更新塊。
文檔編號H04N7/26GK1574964SQ20041004528
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月4日
發(fā)明者權(quán)成根 申請人:三星電子株式會社