專利名稱：一種適用于Bayer圖像格式的無損壓縮方法
技術領域：
本發(fā)明涉及圖像壓縮方法，具體地說，涉及一種適用于Bayer圖像格式的無損壓 縮方法。
背景技術：
目前，絕大多數(shù)的(XD、CM0S圖像傳感器中用一種稱作Bayer的濾光片排列格式記 錄圖像的三原色彩(紅綠蘭，RGB)信息，這種圖案是一種紅綠濾光片間隔行和綠藍濾光片 間隔行循環(huán)交替的排列方式(如圖1所示)，因此Bayer格式是最常見的CMOS和CCD圖像 傳感器的數(shù)據(jù)輸出格式。盡管Bayer格式比全彩色格式能節(jié)省圖像傳輸帶寬和存儲空間，但是在某些情況 下依然需要對Bayer格式的圖像進行壓縮，進一步縮小圖像體積(如低功耗小體積的嵌入 式圖像傳感器，或分辨率高達數(shù)百萬乃至千萬像素的圖像傳感器)。但目前的壓縮方法需要 對Bayer格式圖像進行預處理，例如RGB三色通道分解或者結構轉換(如圖2、3所示)，這 無疑增大了運算量、占用了較多運算資源(如處理器片上存儲器)，不利于壓縮方法的實時 性、不利于壓縮方法的低功耗小面積物理實現(xiàn)。因此，有必要進一步研究直接針對Bayer格 式圖像的壓縮方法。FELICS是一種快速高效的無損圖像壓縮方法，它比工作在無損模式下的JPEG快 5倍，并能夠達到同樣的壓縮率，而且方法簡單占用運算資源少，無需對整幅圖像進行存儲， 節(jié)省物理實現(xiàn)(芯片)面積。FELICS方法中需要將當前象素與其相鄰的Top和Left象素 進行比較(如圖4所示)，從而決定編碼策略。顯然，從理論分析可知，圖4這種評估象素間 相關性的方法不能適用于圖1中的Bayer格式圖像，因為圖1中任意象素和其Top和Left 位置相鄰象素都是非同色象素，相關性自然很差；大量實際試驗亦顯示FELICS對Bayer圖 像的壓縮效果很差，例如以圖5所示圖像為試驗對象，壓縮比從正常RGB格式的3. 3708降 到Bayer格式的1. 1321。由此可知，F(xiàn)ELICS壓縮方法不適用于Bayer格式圖像。為了解決FELICS壓縮方法不適用于Bayer格式圖像的問題，本文作者在充分的 理論分析基礎之上提出了一種改進型FELICS方法，稱作X-FELICS壓縮方法，此方法無需 對Bayer格式圖像進行預處理，直接應用其間隔分布的RGB三色通道中的象素，并繼承了 FELICS方法的快捷高效、適合低功耗小面積物理(芯片)實現(xiàn)的特點，有著廣泛的實用性和 重要的創(chuàng)新價值。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術問題本發(fā)明的目的在于提出一種針對廣泛存在的Bayer格式圖像，無需進行預處理， 直接進行圖像壓縮的適用于Bayer圖像格式的無損壓縮方法，以克服普通壓縮方法所需的 三色通道分解或圖像結構轉換等運算，并繼承FELICS方法的快捷高效、適合低功耗小面積 物理(芯片)實現(xiàn)的特點。
( 二)技術方案為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種適用于Bayer圖像格式的無損壓縮方法， 該方法是將當前象素與其上方隔開一行象素，以及與其左側隔開一列象素進行相關性評估計算。上述方案中，該方法在進行相關性評估計算過程中，采用兩個存儲行l(wèi)ineOUinel 分別用于存儲奇數(shù)行和偶數(shù)行的象素值，當前象素如果是偶數(shù)行則使用IineO進行相關性 評估；當前象素如果是奇數(shù)行，則使用Iinel進行相關性評估；評估方法與FELICS方法相 同，即對Ni、N2變量賦相應的值，然后計算L = min(Nl,N2) ；H = max (Ni, N2)，再由當前象 素值P落入的分布位置而定編碼方法。上述方案中，所述兩個存儲行是兩個存儲器或寄存器。上述方案中，該方法對圖像前兩行和前兩列的象素進行特殊無損壓縮編碼處理； 對于圖像其他行和其他列，在處理偶數(shù)行時與第一個存儲行中對應數(shù)據(jù)作比較，處理奇數(shù) 行時與第二個存儲行中數(shù)據(jù)作比較。上述方案中，對于圖像第一行的前兩個象素(0，0)和(0，1)直接進行編碼；對于圖像第一行的(0，2)、(0，3)象素，采用與其左側但隔開一個象素(0，x-2)進 行比較，且此時對Nl和N2賦值相同，均為P (O，x-2)；對于第一行的(0,4), (0,5)... (0, end)象素，采用與其左側已經(jīng)出現(xiàn)過的同色的 兩個象素進行比較，BP Nl = P (O, χ-2), N2 = P (O, χ-4)。上述方案中，對于圖像第二行的象素，不存在Top’行進行相關性評估，而只有本行 的左側進行比較，編碼方法同第一行。上述方案中，對于第三行及其以后各行的前兩個象素(2，0)和(2，1)，分別采用與 其上方隔開一行Top，中的兩個象素進行比較，即Nl = P(y-2，χ)和Ν2 = P(y_2，x+2)；對于第三行及其以后各行的(2,2), (2,3)... (2, end)象素，采用正常的上方隔開 一行、左側隔開一列的象素值分別對Ni、N2賦值。(三)有益效果在本發(fā)明提供的這種針對廣泛存在的Bayer格式圖像，繼承FELICS方法快捷高效 特點的同時，無需對Bayer格式象素進行三色通道分解或結構變換，簡化了處理流程，節(jié)省 了存儲器或寄存器空間，利用兩個存儲行分別對應奇數(shù)行和偶數(shù)行輕松解決了 Bayer格式 中三色通道象素之間的跳轉問題，實現(xiàn)了對Bayer格式圖像較好的壓縮效果，適合低功耗 小體積物理(芯片)實現(xiàn)，通過充分理論分析和大量真實試驗證實此X-FELICS方法具有廣 泛實用性和突破創(chuàng)新性。


圖1是Bayer格式圖像示意圖；圖2是RGB三色通道分解示意圖；圖3是RGB三色結構變換示意圖；圖4是FELICS方法中當前象素P與其Top和Left象素位置關系；圖5是試驗圖像實例RBG正常格式(左)與其Bayer格式(右)；圖6是X-FELICS方法中采用的隔開一行隔開一列評估相關性方法；
圖7是當前P與(Top-P，Left-P)或(Top，-P，Left，-P)相關性概率分布。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明提出了一種適用于Bayer圖像格式的無損壓縮方法，根據(jù)R、G、B三色通道 采用隔開一行隔開一列評估相關性的方法，并通過理論分析和大量試驗證實了此方法的合 理性和實用性。首先，通過觀察發(fā)現(xiàn)盡管Bayer格式圖像(圖1)不能滿足FELICS所需的評估相 關性方法(圖4)，但是其象素P (x，y)在x>2且y>2(x表示行標、y表示列標)時，與其 隔開一行(Top’ )和隔開一列(Left’ )所對應的象素屬于同一顏色通道的現(xiàn)象(圖6)；然后，進行可行性分析，考查此隔開一行、隔開一列象素之間的相關性，經(jīng)理論分 析和大量不同真實圖像試驗，證實此相關性滿足原始FELICS方法的存在前提，即圖7所示 的概率分布，從而證實本文根據(jù)Bayer格式定制的X-FELICS方法存在較強的可行性；最后，進行方法實現(xiàn)，準備兩行圖像大小的存儲器或寄存器用于保存Top’ -P象素 值，除前兩行和前兩列象素外(即P(x，y)，χ > 2，y > 2)，進行類似于FELICS方法的編碼 處理，只是處理偶數(shù)行時與第一個存儲行中對應數(shù)據(jù)作比較，處理奇數(shù)行時與第二個存儲 行中數(shù)據(jù)作比較，其它技術細節(jié)可參考后文的具體實施例。為了具體實現(xiàn)針對Bayer格式圖像的X-FELICS壓縮方法，需要按以下關鍵步驟進 行編程1)采用兩個存儲行IineOUinel來代替原來FELICS方法中的一個存儲行，當前象 素如果是偶數(shù)行則使用IineO進行相關性評估；奇數(shù)行，則使用linel。評估方法與FELICS 方法相同，即對Ni、N2變量賦相應的值，然后計算L = min(Nl,N2) ；H = max (附，N2)，再由 當前象素值P落入圖7的分布位置而定編碼方法。2)對于圖像第一行(數(shù)字上表示為第0行)的前兩個象素(0，0)和(0，1)，因為 不是一個顏色通道，所以不能進行比較，只能直接進行編碼；3)對于第一行的(0，2)、(0，3)象素，可以與其左側但隔開一個象素(0，x_2)進行 比較，且此時對m和N2賦值相同，均為P (0，X-2)，后續(xù)如1)中計算L、H并編碼，下同。4)對于第一行的(0,4), (0,5)... (0,end)象素，可以與其左側已經(jīng)出現(xiàn)過的同色 的兩個象素進行比較，即Nl = P(0, x-2)，N2 = Ρ(0, χ-4)。5)對于圖像第二行的象素，不存在Top’行進行相關性評估，而只有本行的左側進 行比較，編碼方法同第一行；6)對于第三行的前兩個象素(2，0)和(2，1)分別與其上方隔開一行Top’中的兩 個象素進行比較，即Nl = P(y-2，χ)和Ν2 = P(y_2，x+2)；7)對于第三行的(2,2), (2,3)... (2，end)象素，即可用正常的上方隔開一行、左 側隔開一列的象素值分別對Ni、N2賦值；8)以后各行重復第三行的規(guī)律。X-FELICS編程實現(xiàn)后，進行真實圖像壓縮試驗1)以圖5(右)中的Bayer格式圖像為試驗對象，X-FELICS壓縮比為3. 2258，和FELICS方法對圖5 (左)中RGB正常圖像的壓縮比3. 3708相差不大，且遠遠高于FELICS方 法對圖5 (右)中Bayer格式圖像的壓縮比1. 1321 ；2)X-FELICS方法與公認的無損壓縮效果較好的JPEG-LS方法進行比較，后者對圖 5(右)Bayer圖像的壓縮比為2. 2296，前者比后者高45% ；3)采用大量標準圖像庫中的圖像，轉化成Bayer格式進行無損壓縮試驗， X-FELICS壓縮效果依然很好，平均壓縮比(Compression Rate)比JPEG-LS方法高20%。至此，可以確認X-FELICS方法是一種繼承FELICS方法優(yōu)點、面向廣泛存在的 Bayer格式圖像的無損壓縮方法，此方法具有以下特點簡單快捷、壓縮效果好、有利于低 功耗小面積物理(芯片)實現(xiàn)，具有普遍適用價值和突破性創(chuàng)新意義。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
權利要求
一種適用于Bayer圖像格式的無損壓縮方法，其特征在于，該方法是將當前象素與其上方隔開一行象素，以及與其左側隔開一列象素進行相關性評估計算。
2.根據(jù)權利要求1所述的適用于Bayer圖像格式的無損壓縮方法，其特征在于，該方法 在進行相關性評估計算過程中，采用兩個存儲行l(wèi)ineO、Iinel分別用于存儲奇數(shù)行和偶數(shù) 行的象素值，當前象素如果是偶數(shù)行則使用IineO進行相關性評估；當前象素如果是奇數(shù) 行，則使用Iinel進行相關性評估；評估方法與FELICS方法相同，即對m、N2變量賦相應的 值，然后計算L = min (Ni，N2) ；H = max (Ni，N2)，再由當前象素值P落入的分布位置而定編 碼方法。
3.根據(jù)權利要求2所述的適用于Bayer圖像格式的無損壓縮方法，其特征在于，所述兩 個存儲行是兩個存儲器或寄存器。
4.根據(jù)權利要求2所述的適用于Bayer圖像格式的無損壓縮方法，其特征在于，該方法 對圖像前兩行和前兩列的象素進行特殊無損壓縮編碼處理；對于圖像其他行和其他列，在 處理偶數(shù)行時與第一個存儲行中對應數(shù)據(jù)作比較，處理奇數(shù)行時與第二個存儲行中數(shù)據(jù)作 比較。
5.根據(jù)權利要求4所述的適用于Bayer圖像格式的無損壓縮方法，其特征在于，對于圖像第一行的前兩個象素(0，0)和(0，1)直接進行編碼；對于圖像第一行的(0，2)、(0，3)象素，采用與其左側但隔開一個象素(0，x-2)進行比 較，且此時對Nl和N2賦值相同，均為P (0，x-2)；對于第一行的(0，4)、(0，5)... (0, end)象素，采用與其左側已經(jīng)出現(xiàn)過的同色的兩個 象素進行比較，即 Nl = P(0，x-2)，N2 = Ρ(0，χ-4)。
6.根據(jù)權利要求4所述的適用于Bayer圖像格式的無損壓縮方法，其特征在于，對于圖 像第二行的象素，不存在Top’行進行相關性評估，而只有本行的左側進行比較，編碼方法同 第一行。
7.根據(jù)權利要求4所述的適用于Bayer圖像格式的無損壓縮方法，其特征在于，對于第三行及其以后各行的前兩個象素(2，0)和(2，1)，分別采用與其上方隔開一行Top，中的兩個象素進行比較，即Nl = P(y-2，χ)和Ν2 = P(y_2，x+2)；對于第三行及其以后各行的(2，2)、(2,3)... (2，end)象素，采用正常的上方隔開一 行、左側隔開一列的象素值分別對Ni、N2賦值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于Bayer圖像格式的無損壓縮方法，將當前象素與其上方隔開一行象素，以及與其左側隔開一列象素進行相關性評估計算，采用兩個存儲行l(wèi)ine0、line1分別用于存儲奇數(shù)行和偶數(shù)行的象素值，當前象素如果是偶數(shù)行則使用line0進行相關性評估；當前象素如果是奇數(shù)行，則使用line1進行相關性評估；即對N1、N2變量賦相應的值，然后計算L＝min(N1，N2)；H＝max(N1，N2)，再由當前象素值P落入的分布位置而定編碼方法。本發(fā)明無需進行預處理，克服了三色通道分解或圖像結構轉換等運算，繼承FELICS方法的快捷高效、適合低功耗小面積物理實現(xiàn)的特點，壓縮效果好。
文檔編號H04N9/04GK101902650SQ200910085919
公開日2010年12月1日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權日2009年5月27日
發(fā)明者徐欣鋒 申請人:中國科學院微電子研究所