壓縮和解壓縮圖象制造技術

一種象素塊變換壓縮系統包括在編碼器中的一個預測特定低階或低頻（“ＬＦ”）變換系數的附加步驟。然后從實際的ＬＦ變換系數中減去預測的ＬＦ系數，以形成ＬＦ差系數，將ＬＦ差系數量化并發送到譯碼器中來代替原始的ＬＦ變換系數。在譯碼器中，反轉這些步驟，即，再次預測ＬＦ系數，將預測的系數加到所發送的量化ＬＦ差系數中，以得到原始ＬＦ系數，直至量化誤差。（*該技術在2019年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及本專利技術涉及用于改進包含圖象數據的數據流壓縮的系統和方法。2．現有技術說明許多重要的圖象壓縮方法將圖象作為獨立的象素塊進行處理。例如，諸如JPEG、MPEG、H.320之類的圖象壓縮標準指定一個涉及對源圖象中的獨立的、不重疊的8C8象素塊進行離散余弦變換(“DCT”)、然后對所得的變換系數進行量化的步驟。例如，參見Jack,1996,Video Demystified,HighText Interactive Inc.,San Diego,CA.將量化的變化系數從發射-編碼器發送到接收-譯碼器。這種變換和量化通過采用一般出現在8×8塊中的象素值之間的有效的規則性和相關性來一起實現壓縮。然而，這種方法忽略了可能出現在由這些方法視為獨立的不同象素塊中的象素之間的任何規則性和相關性。對于嘗試在象素塊或更大規模上識別圖象的規則性的一些工作已經被公布了。例如Pennebaker等1993年的JPEG Still ImageCompression,Van Nostrand Reinhard,Chap.16，其中公開了將二次曲面用相鄰塊中的象素的平均值(等效于“DC”或最低階變換系數)來表示，這是一個計算復雜的過程；Lakhani的1996年的“Improved Image Reproduction from DC Components”,Opt.Eng.35:3449-2452公開了從JPEG標準中改進的用于從DC系數預測低頻變換系數的方程式；以及,Jeon等的1995年的Blocking ArtifactsReduction in Image Coding Based on Minimum Block BoundaryDiscontinuity,Proc SPIE 2501:189-209公開了一種復雜并且計算昂貴的用于內插象素以便使塊邊界的不連續性為零的迭代方法。所公布的工作存在著一個或多個問題，例如，不針對最大程度地提高圖象壓縮，忽略或最多不適當地處理可能存在于級別大于一個象素塊的圖象中的規則性，需要過多的計算資源，等等。因此，所需要的是一種主要針對通過采用在已知壓縮方法和標準中未采用的圖象中的另外的規則性和相關性來實現數據壓縮提高的計算高效的方法和系統。在圖象壓縮期間，可應用本專利技術的編碼器/譯碼器對將圖象從空間域變換到一個變換域，隨后對所得的變換系數進行量化，其中在空間域將圖象表示為一個空間象素陣列，在變換域將圖象表示為在變換方法中使用的基函數的系數。在解壓縮期間，譯碼器反轉這些步驟。特別地，相關編碼器/譯碼器對將空間域圖象分成多個圖象子塊，并在圖象中的每個子塊上獨立地執行變換/反變換。在相關類型的編碼器/譯碼器對中，本專利技術的改進包括在編碼器中的一個預測特定低階或低頻(“LF”)變換系數的附加步驟。然后從實際的LF變換系數中減去預測的LF系數，以形成LF差系數，將LF差系數量化并發送到譯碼器。在譯碼器中，反轉這些步驟，即，再次預測LF系數，將預測的系數增加到所發送的量化LF差系數中，以得到原始LF系數，直至量化誤差。依據本專利技術的LF系數預測是基于圖象-數據壓縮除了已經由子塊變換和量化實現之外還可以通過捕獲在相鄰子塊中的象素值之間的規則性和相關性(“塊間規則性”)來實現這個事實。可以通過預測平滑相鄰子塊之間的差所需的LF變換系數來有利地應用這些塊間規則性，以便平滑圖象的子塊邊界。在一個最佳實施例中，相鄰子塊之間的差由相鄰子塊的平均亮度的差來表示。圖2A-C顯示了依據本專利技術的系統的例示性實施例；圖3A-3C顯示了例示性的空間加權。最佳實施例的詳細說明在下面首先在總體上說明本專利技術的系統和方法，然后詳細說明這些系統和方法的最佳實施例和替換實施例。本專利技術的整體描述本專利技術包括一般可應用于特定類型的用于所有類型的包含圖象的數據的編碼器和譯碼器的改進。附圖說明圖1顯示了本專利技術的改進編碼器和譯碼器的例示性實際應用、應用了本專利技術的改進的編碼器和譯碼器的結構以及依據本專利技術的改進的一般特征。在圖1的例示性應用中，發射器1通過傳輸鏈路3向接收器2發送包含圖象的數據，例如獨立圖象數據或視頻數據4。雖然將傳輸鏈路3具體顯示為一個通信鏈路，本專利技術同樣還可應用于通過將壓縮數據記錄在諸如磁盤或光盤之類的存儲介質上來傳輸的情況。為了減少傳輸鏈路3的所需帶寬或所需存儲容量，發射器1包括產生壓縮的包含圖象的數據5的改進編碼器7，壓縮的包含圖象的數據5然后被發送到接收器2。接收器2包括一個相應的改進譯碼器8以便從壓縮數據5重構原始的包含圖象4的數據。應該理解，本專利技術的改進編碼器和譯碼器的應用并不限于這種例示性的應用，而是包括要對包含圖象的數據進行壓縮或解壓縮的所有情況。進一步參考圖1，可應用本專利技術的編碼器/譯碼器對在圖象壓縮期間在編碼器7中執行圖象從空間域到變換域的象素塊變換9、然后對所得的變換系數進行量化11，其中在空間域將圖象表示為一個空間象素陣列，在變換域將圖象表示為在變換方法中使用的基函數的系數。在解壓縮期間，譯碼器8執行反轉步驟，對變換系數進行去量化12，然后反變換14回空間域象素數據。特別地，相關編碼器/譯碼器對將空間域圖象分成多個不重疊的象素子塊或窗口，并在圖象中的每個子塊或窗口上獨立地執行變換/反變換。將象素陣列形式的圖象完全分成多個象素子塊，并且可以從多個象素子塊重構。在變換域或頻域中，對于多個象素子塊中的每一個，圖象用變換系數或其隨后的編碼來表示。仔細地選擇子塊的尺寸和形狀，使得對于所感興趣的圖象，平均起來，每個子塊的象素值都是緩慢變化或大致均勻的。因此，平均起來，隨著相應變換基函數的空間頻率增大，子塊的變換系數的振幅迅速下降。從而，后續對變換系數的量化可以實現圖象數據壓縮，其中，量化是用一個指示來代替系數的實際值，在所述指示中，實際的系數值位于有限數目的區間中，這些有限數目的區間劃分可能的系數值的范圍。對量化區間的明智的選擇可以在不顯著損失可覺察的圖象完整性的情況下實現相當大的壓縮。在這種編碼器/譯碼器對中，本專利技術的改進包括在改進編碼器7中的變換步驟9和量化步驟11之間執行的預測低階或低頻(“LF”)變換系數的附加步驟10，在譯碼器8中的在量化步驟12和反變換步驟14之間執行的預測附加步驟13。這些系數預測步驟、步驟10和13以下列方式提高了平均壓縮。在一個改進的編碼器中，依據本專利技術預測LF變換系數，然后從實際的LF變換系數中減去預測的LF變換系數，以形成LF差系數。在改進譯碼器8中反轉這個過程。在步驟1 3，預測LF系數，并將預測值加到所發送的量化LF差系數中，以得到初始LF系數，直至量化誤差。LF系數預測提高了壓縮，因為預期LF差系數的可變長度編碼會需要平均比實際LF系數的相似編碼更少的比特。平均來說，預期預測LF系數會接近實際LF系數，從而預期差系數的振幅在平均上會顯著小于實際系數。由于更小，所以差系數需要更少的比特來用于其可變長度編碼。依據本專利技術的LF系數預測是基于專利技術人的下列發現的。首先，雖然對圖象子塊的獨立變換通過捕獲圖象子決內的象素值之間的有效規則性和相關性(“塊內規則性”)實現了圖象數據壓縮，但進一步的圖象數據壓縮可以通過捕獲相鄰子塊中存在的象素值之間的規則性和相關性(“塊間規則本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于壓縮以象素陣列形式的圖象數據存在的圖象的方法，所述方法包括：將覆蓋象素陣列的多個象素塊（９）變換為頻域中的變換系數，其中，變換系數表示每個象素塊，包括一個零頻率變換系數、一個或多個選定低頻變換系數以及剩余的變換系數，為每個象 素塊從所述象素塊和與所述象素塊相鄰的象素塊預測選定低頻變換系數（２１），為每個象素塊從選定的低頻變換系數中減去預測的選定低頻變換系數（２１），以形成差變換系數，為每個象素塊量化差系數和剩余的變換系數，以及用多個象素塊中的每一個的 包括零頻率變換系數、量化的差系數以及量化的剩余系數的壓縮圖象數據表示圖象（２３）。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：AE拉克特，
申請(專利權)人：皇家菲利浦電子有限公司，
類型：發明
國別省市：NL[荷蘭]