專利名稱：：數(shù)字影像數(shù)據(jù)的壓縮/解壓縮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明有關(guān)一種數(shù)字影像數(shù)據(jù)的壓縮/解壓縮方法。針對數(shù)字影像數(shù)據(jù)的壓縮，習(xí)知的可變長度霍夫曼(Huffman)編碼方法的主要缺失，系于編碼之前需先對所有的編碼分類(class)建立完整的一概率表(probabilitytable)。針對即時(real-time)高速的數(shù)據(jù)壓縮需求，此一缺失顯己構(gòu)成嚴(yán)重的瓶勁，此因霍夫曼概率表需適時的更新之故。美國專利號4,916,544披露一個有條件的編碼方式，其系考慮被編碼像素的值以及兩個鄰近像素之值，才指定一個可變長度碼給被編碼像素。于此4,916,544專利中，實質(zhì)上具相同出現(xiàn)機率的影像值被合并成一編碼類(class)。尤其當(dāng)影像抓取速度很高時，習(xí)知的影像壓縮/解壓縮方法都不足以應(yīng)付。針對此，本發(fā)明提供一種利用萊斯(Rice)編碼的數(shù)據(jù)壓縮/解壓縮方法。本發(fā)明提供的一種數(shù)字影像數(shù)據(jù)的壓縮/解壓縮方法，此數(shù)字影像包含一目前像素，其值為X，及兩個與其鄰接的像素，其值分別為A、B，Δ為A、B間之差值，此方法包含一壓縮步驟，其包含根據(jù)A、B值產(chǎn)生目前像素的一預(yù)測值P；計算P及X間的差值e；以一第一準(zhǔn)則，將e值映射成一預(yù)測誤差值e′；產(chǎn)生一參數(shù)k，其為Δ的一函數(shù)；根據(jù)參數(shù)k值對目前像素的預(yù)測誤差值e進(jìn)行萊斯編碼，而獲得一編碼值；如所得編碼值位元數(shù)超過一預(yù)定長度，則以一替代碼取代該編碼值，替代碼由一預(yù)定型態(tài)碼其后跟隨X值所構(gòu)成。本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點將參考附圖，結(jié)合實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。附圖簡要說明圖1揭示被壓縮像素與鄰近像素的關(guān)系；圖2揭示本發(fā)明方法中的壓縮流程；圖3揭示本發(fā)明方法中的解壓縮流程；圖4揭示執(zhí)行本發(fā)明解壓縮流程的一硬件實施例；圖5揭示圖4中解碼單元之一細(xì)部設(shè)計。如圖1所示，設(shè)目前待壓縮像素40之值為X，而同一列前一像素44之值為A，同一行中前一像素42之值為B。于下述，以八個二進(jìn)位碼來代表像素值，亦即每個像素值介于0與255之間。1、壓縮圖2的流程中主要包含四個程序，即預(yù)測2、差值映射(mapping)4，萊斯編碼6、及統(tǒng)計圖末尾舍入(HstogramTailTruncation)12。(a)預(yù)測由于自然影像(naturalimage)之特征，一個影像內(nèi)相鄰像素間之相關(guān)性(correlation)都應(yīng)很高，除了影像邊緣區(qū)域之外。因此，一般而言，目前待壓縮像素的值X可以藉相鄰像素值加以預(yù)測。為了簡化硬件的設(shè)計，本發(fā)明采用公式P＝(A+B)/2以產(chǎn)生目前像素的預(yù)測值P。經(jīng)由公式e＝X-P之計算，預(yù)測值與真正值X之差值e即可獲得。此值由圖2的方框2輸出。舉例而言，當(dāng)A＝130，B＝146，X＝144時，預(yù)測值P＝138，而差值e＝X-P＝6。(b)差值e的映射差值e的可能范圍為[-P，255-P]。當(dāng)極端情形(P＝0，X＝255)或(P＝255，X＝0)發(fā)生時，差值可能介于[-255，255]間，此范圍之值需要九位元代表。下述映射程序之目的即執(zhí)行對差值e的一對一映射，使映射的結(jié)果e′只需八位元代表。值得注意的是，此一映射程序只是一選擇(optional)性程序，缺少此一程序并不影響發(fā)明的其他步驟。<prelisting-type="program-listing"><![CDATA[if(e≠0){if(p≤128)if(|e|≤p)if(e＜0)e′＝-2*eelsee′＝2*e-1elsee′＝p+|e|elseif(|e|≤(255-p))if(e＜0)e′＝-2*eelsee′＝2*e-1elsee′＝255-p+|e|}]]></pre>當(dāng)P≤128，上述步驟將差值e的可能[-P，-P+1，-P+2，...-1，0，1，...，P，P+1，P+2，...，255-P]值分別映射成的誤差預(yù)測值e′。而當(dāng)P≥128，差值e的可能值[-P，-P+1，-P+2...-1，0，1...，P，P+1，P+2，...，255-P]被分別映射成的誤差預(yù)測值e′。值得注意的是，經(jīng)過此一映射程序，仍能達(dá)到小e值映射小e′值的要求。當(dāng)P＝138，e＝6時，此e值被映射成e′＝2×e-1＝11，此值于圖2中的方框四輸出。(c)萊斯編碼(表1)由于小差值發(fā)生的機率一定高于大差值發(fā)生的機率，因此吾人亦采用統(tǒng)計的概念進(jìn)行編碼，以便節(jié)省編碼的大小。本發(fā)明采用下述的萊斯編碼法。萊斯編碼法包含下列步驟，藉參數(shù)k對整數(shù)n進(jìn)行編碼(1)先計算「(n/2k)」值，并將所得以單進(jìn)(Unary)碼表示，其中「」代表整數(shù)運算，亦即「(n/2k)」個“1”，然后再加上一個位元的“0”作為分隔碼，此分隔碼分隔單進(jìn)碼及下述的二進(jìn)位碼；(2)計算(nmod2k)，mod為余數(shù)運算，然后所得值以k位元二進(jìn)位碼方式輸出；(3)將(1)(2)所得碼組合即形成萊斯碼。舉例而言，當(dāng)n＝4，k＝2，「(n/2k)」＝「(4/4)」＝1，此時單進(jìn)碼為“1”；(nmod2k)＝(4mod4)＝0，其二位元二進(jìn)位碼為“00”。此二碼組合后(須先加一個分隔碼“0”)，得到其萊斯碼為“1000”，其中右邊向左數(shù)第三個“0”即為分隔碼。表1列示有n＝0～8時，而參數(shù)k＝0～3時，其分別對應(yīng)的萊斯碼。表1</tables>由表1可知，采用小參數(shù)k值來編碼小整數(shù)值n較有利。相反地，采用大參數(shù)k值來編碼大整數(shù)值較有利。因此，如何選擇一個適宜參數(shù)k值就成為一個關(guān)鍵的問題。因?qū)λ朽徑袼刂礎(chǔ)，B言，清楚定義e′是小或大是有困難的，因此可能有許多準(zhǔn)則可選擇k值。但為了硬件的單純，最好選擇一個單純的法則選擇k值。對自然影像而言，鄰接的影像都呈現(xiàn)高度相關(guān)，除了邊緣部分之外，因此，只于影像邊緣區(qū)的像素會產(chǎn)生大的e′值。而邊緣區(qū)的存在與否可由鄰接點值A(chǔ)，B獲知。本發(fā)明所采用的一法則系取k＝α(Δ)，其中α為依下述準(zhǔn)則的運算子，Δ|A-B|。k＝1，ifΔ＜＝2k＝2，if2＜Δ＜＝4k＝3，if4＜Δ＜＝8k＝4，if8＜Δ例如，A＝130，B＝146，則Δ＝16，因而取k＝4。當(dāng)以參數(shù)k＝4來對e′＝11編碼時，「(n/2k)」＝「(11/16)」＝0，亦即單進(jìn)碼的數(shù)目為零；(nmod2k)＝(11mod16)＝11，其4位元二進(jìn)位碼為1011。因此，e′＝11時，目前像素X的萊斯碼為01011。(d)統(tǒng)計圖末尾舍入通常，得到長的萊斯碼的機率很小。但一旦發(fā)生，會使得壓縮比變差，且為了對付這些長萊斯碼，硬件的設(shè)計也變復(fù)雜。流程圖中的方框10及12可預(yù)防此問題的發(fā)生。當(dāng)所得的萊斯碼的長度大于16位元時，前述的編碼方式即停止，而目前像素碼即以一個24位元的碼代替。此24位元碼包含16位元的前導(dǎo)“1”值，然后跟隨8位元的像素值。16位元的前導(dǎo)“1”作為一個前置(prefix)指標(biāo)，以告知后面8位元值即為目前像素的真正值。例如，當(dāng)鄰近像素的A，B值分別為140，且目前像素位在邊緣區(qū)且其值X＝10(二進(jìn)位碼＝00001010)時，P＝140Δ＝0，k＝1，e＝130，而e′＝245，以k＝1對e′＝245編碼時，其萊斯碼為122個“1”加上“0”加上“1”(二進(jìn)位碼)。但其長度大于16個位元，故以111111111111111100001010取代。(e)電路基于前述末尾舍入法則，可使得電路的設(shè)計變得非常單純。上述關(guān)于壓縮程序可以用一些簡單的緩沖器(buffer)，及算術(shù)、邏輯運算子，如+，-，X，/，及比較運算來完成。對熟習(xí)此項技術(shù)人士而言，此一硬件線路的設(shè)計是多樣化而具許多選擇。2、解壓縮如圖3所示，本發(fā)明的解壓縮方法包含四大程序即統(tǒng)計圖末尾舍入的回復(fù)22，萊斯碼解碼24，預(yù)測誤差的映射34以及目前像素值的產(chǎn)生36。(a)統(tǒng)計圖末尾舍入的回復(fù)首先，先確定被解壓縮的碼是否有前置值，其為16個前導(dǎo)“1”位元。如有，則于方框26中直接將后面的8位元值作為目前像素值。否則，此一碼送至方框24作萊斯解碼，以求得預(yù)測誤差。例如，如碼值111111111111111100001010須作解壓縮，吾人可用幾個“與”門就可測得16個“1”值的存在。因此，直接將00001010作為像素值即可。(b)萊斯碼解碼于方框24中，利用前述萊斯編碼法敘述中有關(guān)的相同準(zhǔn)則，吾人先利用鄰接像素值之差產(chǎn)生k參數(shù)值。依所獲得之k值，可變長度萊斯碼被解碼后即可得到目前像素的預(yù)測誤差e′。例如，假如鄰接像素的解碼完成后分別得到像素值A(chǔ)＝130，B＝146。利用壓縮時所用的準(zhǔn)則，即Δ＝|A-B|，k＝α(Δ)，則k＝4。對萊斯碼01011進(jìn)行萊斯解碼，其過程為2k＝16，且無單進(jìn)碼，故「(n/16)」＝0，所以n＜16，1011＝11(十進(jìn)位)，由(nmod16)＝11，得n＝11。亦即經(jīng)由解碼，得到其預(yù)測誤差e′＝11。(c)預(yù)測誤差e′，的映射獲得預(yù)測誤差e′后，采用反向映射即可得到目前像素值與預(yù)測值之差e。其詳細(xì)的步驟如以下的程序{if(p＜128)if(e′≤2*p)if(e′isodd)e=[e′2]+1]]>elsee=-e′2]]>elsee＝e′-pelseif(e′≤2*p)if(e′isodd)e=[e′2]+1]]>elsee=-e′2]]>elsee＝-e′-p}(d)目前像素值的產(chǎn)生目前像素的預(yù)測值由公式P＝(A+B)/2得到，此相同于壓縮時所用的公式。最后，將預(yù)測值加上差值e，即可得到目前像素值，即X＝p+e。(e)電路本發(fā)明所采用的解壓縮電路，如圖4所示。其分別進(jìn)行(1)將像素碼數(shù)據(jù)由目前行緩沖器(buffer)64送至萊斯解碼器68進(jìn)行解碼，或送至統(tǒng)計圖末尾舍入濾波器(filter)70，供取得八位元的像素原始值；(2)解碼器68輸出e′值至另一解碼單元74以產(chǎn)生目前像素X值；(3)統(tǒng)計圖末尾舍入濾波器70或解碼單元74的輸出被寫入至寫緩沖器(Writebuffer)76；(4)寫緩沖器的值送至輸出緩沖器80。當(dāng)系統(tǒng)是采用32位元的總線時，緩沖器讀-寫運作最有效率的方式亦為32位元傳輸方式。輸入緩沖器72接收并暫時儲存被壓縮影像數(shù)據(jù)，而輸出緩沖器80暫時貯存并輸出已解壓縮的影像值至外圍設(shè)備裝置。每當(dāng)它收到的數(shù)據(jù)超過32位元，則64位元長的寫緩沖器76將32位元內(nèi)容送至輸出緩沖器80。目前行緩沖器64及上一行緩沖器62皆為64元寬。有兩個指標(biāo)，目前行緩沖器指標(biāo)66及上一行緩沖器指標(biāo)64供分別指示其內(nèi)有效內(nèi)容值之長度。目前行緩沖器64內(nèi)貯存待解壓縮之碼。當(dāng)目前行緩沖器指標(biāo)值小于32時，會從輸入緩沖器72將一個32位元數(shù)據(jù)送給目前行緩沖器64。由于統(tǒng)計圖末尾舍入之安排，本發(fā)明最長的編碼為24位元，每當(dāng)一個32位元傳輸完畢時，在目前行緩沖器64內(nèi)存在至少一待解壓縮碼等待被解壓縮。上一行緩沖器62貯存鄰近像素數(shù)據(jù)供解壓縮之用。每當(dāng)解碼完成乙次，上行緩沖器指標(biāo)值60減少8(位元)。同樣地，當(dāng)上一行緩沖器指標(biāo)值小于32時，會從輸出緩沖器80將一個32位元數(shù)據(jù)送給上一行緩沖器62。PK單元67供產(chǎn)生參數(shù)k及預(yù)測值p，其由上一行緩沖器62及最后位元組緩沖器78分別取得鄰接像素值A(chǔ)、B。依據(jù)參數(shù)k值，萊斯解碼器68將由目前行緩沖器64送來之碼予以解碼，解碼的方式系檢測第一個“0”位元，以檢測尾隨其后的k位元二進(jìn)位碼，經(jīng)過運算及判斷后，輸出預(yù)測誤差e′至解碼單元74。根據(jù)e′、P值，解碼單元74算出差值e，以及利用公式X＝p+e，計算出X值，然后將其送至寫緩沖器76以及最后位元組緩沖器78。圖5揭露一個解碼單元74的實施例。其中，MUX代表多工器，ADD代表一個加法器，SUB代表一個減法器。圖5中信號的意義分別為ME＝e′，MEB＝e′＝(255-e′)ME05＝e’/2，ME05B＝e′/2＝(255-ME05)P2＝P*2，P2B＝(255-P2)ME_ODD＝1當(dāng)e’為奇數(shù)，＝0當(dāng)e’為偶數(shù)，P_GE_128＝1當(dāng)p＞＝128，＝0當(dāng)p＜128權(quán)利要求1.一種數(shù)字影像數(shù)據(jù)的壓縮/解壓縮方法，此數(shù)字影像包含一目前像素，其值為X，及兩個與其鄰接的像素，其值分別為A、B，Δ為A、B間之差值，此方法包含一壓縮步驟，其包含根據(jù)A、B值產(chǎn)生目前像素的一預(yù)測值P；計算P及X間的差值e；以一第一準(zhǔn)則，將e值映射成一預(yù)測誤差值e′；產(chǎn)生一參數(shù)k，其為Δ的一函數(shù)；根據(jù)參數(shù)k值對目前像素的預(yù)測誤差值e′進(jìn)行萊斯編碼，而獲得一編碼值；如所得編碼值位元數(shù)超過一預(yù)定長度，則以一替代碼取代該編碼值，替代碼由一預(yù)定型態(tài)碼其后跟隨X值所構(gòu)成。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述預(yù)定型態(tài)碼為一組連續(xù)“1”值所組成。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述預(yù)測誤差e′是差值e的一對一映射，使得表示預(yù)測誤差e′所需的位元數(shù)少于表示差值e所需的位元數(shù)。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述預(yù)測誤差e′等于差值e。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，此方法進(jìn)一步包含一解壓縮方法，其包含如待解壓縮的編碼值的領(lǐng)先位元包含該預(yù)定型態(tài)碼，則輸出該X值。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，此方法進(jìn)一步包含一解壓縮方法，其包含如果待解壓縮的編碼值的領(lǐng)先位元未包含該預(yù)定型態(tài)碼，則根據(jù)A、B值產(chǎn)生預(yù)測值P；根據(jù)前述函數(shù)，由Δ值產(chǎn)生k值；根據(jù)k值，將編碼值予以解碼，以獲得預(yù)測誤差e′；根據(jù)第一準(zhǔn)則及e′值，計算差值e；將預(yù)測值p與差值e相加，以獲得目前像素值X。全文摘要數(shù)字影像數(shù)據(jù)的壓縮/解壓縮方法,該數(shù)字影像包含一目前像素,其值為X,及兩個與其鄰接的象素,其值分別為A、B,△為A、B間之差值,該壓縮方法包括:(1)根據(jù)與X相鄰的象素A、B值產(chǎn)生目前像素X的一預(yù)測值P;(2)計算P及X間的差值e;(3)以一第一準(zhǔn)則,將e值映射成一預(yù)測誤差值e′;(4)產(chǎn)生一參數(shù)k,其為△的一函數(shù);(5)根據(jù)參數(shù)k值對目前像素的預(yù)測誤差值e′進(jìn)行萊斯編碼,而獲得一編碼值;(6)如所得編碼值位元數(shù)超過一預(yù)定長度,則以一替代碼取代該編碼值。文檔編號H04N7/32GK1182334SQ9611206公開日1998年5月20日申請日期1996年11月8日優(yōu)先權(quán)日1996年11月8日發(fā)明者蘇陽春,黃裕文申請人:明碁電腦股份有限公司