TWI281642B - Image compressing/decompressing method and image coding/decoding system thereof - Google Patents

Description

1281642 with the second image compressing data to output an image compressing information. In addition，the method provides a coding algorithmic process for the foregoing coding processes. And then， the method attains a better image effect by compressing the digital image that can transmit with a limited transmitting quantity. 七、 指定代表圖·· (一） 本案指定代表圖為：第七圖。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： S71〜S77 :流程步驟。 八、 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 九、 發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係揭露一種圖像壓縮/解壓縮方法及其圖像 編解碼系統，特別是關於圖像壓縮/解壓縮方法。 【先前技術】 目前可攜式通訊裝置已經成為隨身必備的通信產 品’同日守多媒體間訊服務（Multimedia Message Service， 4 ⑧ 1281642 MMS)和拍攝功能已成為可攜式通訊裝置的基本配置。 且可攜式通訊裝置的拍攝解析度從十萬像素一躍至百 萬像素’提南了拍攝圖片的晝質，若欲以刪傳送此高 f質，其他人分享’則受限於簡訊服務的流量。目 刖市場上所提供的多媒體簡訊服務流量限制在100K以 内（3G為300K)，而非動晝圖片則限制在了 5〇κ以内。 如此’ I法滿足百萬像素拍攝的圖片傳送需要I·以 上大小的流量需求，而使用者無法將所拍攝的高晝質圖 片分享給其他朋友。再者，目前可擴式通訊裝置大多支 援的圖片存儲格式有Mp、GIF、pNG和娜，其中當 要用於MMS k ’最佳的格式是壓縮率較高且圖像品質可 Z受的JPEG。但即使採用刑G格式保存一幅採用百 :::6.8Xl〇24解析度色彩較豐富的圖片，壓縮率採 等祕度也需要12GK左右的存儲空間，若加大壓 參 =或者減小圖片解析度以及分割圖片都將使圖片 硯員性和完整性得到較大損失。 明麥閱弟一圖’係為習知技藝之圖像壓縮技術之流 :圖。此流程由開始展開，首先提供—原始圖像⑴， 、、坐由數位採樣後進行數學轉換S12，例如町㈤咖工 =ln!transf则）轉換，接著，於數學轉換後的資料 仃，化處理S13 ’再將量化處理的結果進行編碼 後’於編碼後，齡ψ [51 /A i^r> 束整個流程。 輪出圖像I缩資料S15,結 1281642 加Μ近年來小波轉換的圖像壓縮技術是當前研究的一 ^^領域’它可以取得比傳統的娜更好的圖像廢 :::。請參閱第二圖’係為習知技藝之小波轉換圖像 ^技術之流程圖。此流程由開始展開，提供-圖像資 二/21 «I以塔式分解的方式對圖像資料進行小波轉換 ，接著’將轉換後的資料以EZW( Embedded Zero-tree avelet Encoding) ^ SPIHT ( Set Partitioning In erarchical Trees Coding)的方法進行量化 S23， 接著？字量化的結果於進行編碼後輸出圖像壓縮數據 S24 ’最後，結束整個流程。 口月茶閱第。圖’係為習知技藝之小波轉換圖像解壓 縮技術之流程圖。此流程由開始展開，提供一圖像壓縮 =據S3卜接著’針對圖像壓縮數據進行解碼，將 解碼後的資料執行逆量化S33，其後，再將逆量化的結 果進行小波轉換的逆轉換S34,然後，於逆轉換後輸出 圖像資料S35，則結束整個流程。 請參閱第四圖，係為習知技藝之小波轉換之示意 圖。以一 4x4像素的原始圖像41為例，其中，小波轉 換係對原始圖像41進行一水平分割42、一垂直分割43 兩個步驟。首先，進行水平分割42，此原始圖像41之 第一列像素標示為A、β、c及D，於水平分割42之第 -列係為A，、B，、C，及D，子圖，而Α，係為α+°β、β，係為 C+D、C係為Α-Β及D係為c-D ’同樣的第二列亦有Ε，、 FH Η，子圖’則冑人，、『^，子圖區分為低頻 1281642

L子圖區的部份，c，、d，、g，、h，H

=的部份。接著，進行垂直分割42，係、由水平 中以A，:E:獲得A，，、以A，_EW 以C G獲得D，，，而A”子圖區分為ll子圖區部份 低頻L子圖區中的低頻部份，β，，子 ：為 部份是為低頻L子圖區中的高頻部份，c”子圖J為^ 子圖區部份是為高頻Η子®區中的低頻部份，D，，子圖 分為HH子圖區部份是為高頻η子圖區中的高頻部^ 如此，區分出4x4像素的原始圖像41中LL、LH、HL及 冊各子圖區部份，即完成一階的小波轉換。換言之， LL、LH、HL及ΗΗ即是原始圖像41的子圖區。 立接續請參閱第五圖，係為習知技藝之塔式分解之示 意圖。圖中’包含一第一階小波轉換5卜一第二階： 波轉換52及-第三階小波轉換53。當進行第—階小波 ，換51後，產生LU、LH1、HL1及ΗΗ1的子圖區，而 第一階小波轉換52則是進一步的對LL1低頻的子圖區 進2小波轉換，產生LL2、LH2、HL2及HH2的子圖區， 接著，執行第三階小波轉換53即是對lL2低 區進行小波轉換，產生LL3、LH3、HL3及刪的= 如此，便完成三階小波轉換的塔式分解，並具有LL3、 LH3、HL3、HH3、LH2、HL2、HH2、LH1、HL1 及腿的 子圖區，其中，LL3是整個圖像最低頻的部份，由此一 子圖區可得整個圖像的輪廓。一般而言，將進一步區分 各子圖區能量占整個圖像資料能量的百分比以進行後 1281642 續的量化。 …由於上述基於小波轉換的新一代圖像壓縮技術可 以付到比傳統〗PEG標準更好的圖像處理效果，它已經 被納入了】PEG2_標準正在推廣應用。但由於可攜式 通=衣置處理益之卫作頻率較低，而傳統小波轉換是使 用塔式分解的方式，並且接著使用謂或spiHT的量化 方式，雖然可取得較好的圖像壓縮效果，但效能無法搭 配可攜式通訊裝置之系統限制。 有鐾於f知技藝之各項問題，實為廣大民眾所殷切 盼主及本發明人念茲在茲者，為了能夠兼顧解決之，本 毛明人基於多年從事圖像處理的研究開發與諸多實務 經驗，乃思及改良之意念，窮其個人之專業知識，並且 經多方研究設計與專題探討，遂於本發明係提出一種圖 像壓縮/解壓縮方法及其圖像編解碼系統以作為上述期 望一實現方式與依據。 【發明内容】 本發明之主要目的係揭露—種圖像壓縮方法。此方 法包含提供-如數位圖像之圖像，並透過—區域選擇單 兀’於圖像上選取一局部範圍，同時，更提供一第一編 碼程序，壓縮整個圖像以產生—第—圖像_數據，且 提供-第二編碼程序，I 縮所選取的局部範圍之圖像以 ^生21像_數據，再結合第—圖彻縮數據及 弟二圖㈣數據’以輸出一圖㈣縮資料。另外，更提 ⑧ 8 1281642 供：編碼演算程序作為上述之第一編碼程序及第二編 序’且第—編碼程序之—轉換階數係低於第二編碼 ^序之^數。以實現圖像較重要部份以較高的圖像壓 ^數據量壓縮’而不重要部份則以較低的圖像壓縮數據 里H達成於有限的傳輸量内傳遞圖像，以呈現較佳 的圖像效果。 本發明更揭露上述之編碼演算序，直 整個圖像之-平均w以下舰學式計^ Εϋ=^ΣΣ\ηυ)\2 其中，/(/，y·)係為圖像中每一個像素的能量、/= ι〜从 以及/ = 1〜Λ"。 八解敕，、小波轉換，係對應前述之轉換階數以分別 個圖像及選取之局部範圍之圖像，於結東該小波 Ί Μ別產生-最低頻子圖區及至少—子圖區， 二二瑕低頻子圖區係進行-類IPEG編碼。其於子圖 ^ 、圖£之一平均能量弋與整個圖 :之千：…進行比對’以判別子圖區是為一放棄狀 ^:待^碼狀態或-再執行一階小波轉換狀態其中之 :為-不重複之自然:數，上述之判斷式描述如下： 則判別該子圖區係為 轉換狀態； & 4 =，叫。’則判別該子圖區係為待編碼狀態； /叫，則判別該子圖區係為放棄狀態； 1281642 ^其中，且0<Cl<C2<1、、a係為-百分比。 ::i再執：r階小波轉換狀態之該子圖區後，係標示

態之子:狀悲後，再提供―_圖塊，以分割待編碼狀 =⑥區產生至少一圖塊，並計算圖塊之一如方差之 t值。更提供—分佈區間，係用以比對前述之數值，以 “不圖塊是為一不重要圖塊、一一般重要圖塊、一較重 要圖塊或-重要圖塊其中之―’並依據該分佈區間之一 、為碼貝料1對圖塊進行—圖塊編碼，其中 間係為一數值分佈，如下所示： 刀佈L < ί] < t2 其中，^)、^及/2係為一旗標值； 田如方差之數值小於?〇，則標示該圖塊為不重要 圖塊； 、‘如方差之數值介於ί0及^間，則標示該圖塊為一 般重要圖塊； 當一如方差之數值介於（及間，則標示該圖塊為較 重要圖塊； 备一如方差之數值大於?2，則標示該圖塊為重要圖 塊。 最後，結合最低頻子圖區之類JPEG編碼及圖塊編碼， 產生第一圖像壓縮數據及第二圖像壓縮數據。 然而，第一編碼程序之一轉換階數係低於第二編碼 程序之一轉換階數，且轉換階數之需求係可自動設定咬 根據使用者自行設定。 1281642 :發明之另一目的係揭露一種圖像解壓縮方法。此 碼圖像壓縮資料’並區分出產生自一如編 鮮、H 弟一圖像壓縮數據及-第二圖像壓縮 严二二時’更提供一第一解碼程序，係針對第-圖像 據進行解壓縮，以產生一圖像，且提供一第二解 ^ 針對第二圖像壓縮數據進行解壓縮，以產生 :局：,圍之圖像。其後’結合圖像與局部範圍之圖 1 t山—平滑處理程序以消除兩者間之邊緣效應。 結合後之一如數位圖像之圖像。另外，更提 碼程：里二t碼旦'序作為上述之第-解碼程序及第二解 逆作用。“b里解碼程序係為前述之編碼演算程序之- 统。ΓίΓί之目的’本發明更揭露—種®像編解碼系 中，由=圖像編碼模組及—圖像解碼模組，其 ::且仃::以產生一圖像壓縮資料。另外，由圖像 針對圖像壓縮資料係進行解碼，並執行一 邊缘3 消除解碼後，圖像之局部範圍與圖像之 γ效應。此外’此系統更可以適用於一可攜式通訊裝 成之更對本發明之技術特徵及所達 實施例及相關圖式二下文謹提供較佳之 配合說明如後為辅佐之用，並以詳細之說明文字 1281642 【貫施方式】 請參閱第六圖，係顯示本發明之圖像壓縮 =圖。此方法之流程由開始展開，繼之，提供 : 圖像之圖像S61’並透過—區域選擇單元，於圖像上選 ^-局部範圍·，同時，提供—第—編碼程序 :個圖像以產生-第-圖像壓縮數據咖，更提供一第 二編碼程序，壓縮所選取的局部範圍之圖像以產^ =像壓^數據S64，再結合第—圖像壓縮數據及第二 圖_數據’以輸出_圖像壓縮資料咖。最後，結 此流程。其中/更提供—編碼演算程序作為上述之第一 編碼程序及第二編碼程序，而編碼演算程序將詳述於第 七圖。 第七圖，係顯示本發明所露揭之編碼 之“呈圖。此編碼演算程序由開始展開，首 $ ’計算圖像之-平均能量柳，再者，提供一小波 換’係對應-轉換階數以分別分解圖像及其局部範 圍’於結束削、波轉換後，以分職生—最低頻子圖區 =2子圖區’且最低頻子圖區係進行一類Jpeg編 =72。繼之，以—判斷式，將最低頻以外之子圖區之 平均能量圪與該平均能量五。進行比對，以判別子圖區 狀態、—待編碼狀態或—再執行—階小波轉換 狀，擇一，且⑺係為一不重複之自然數S73，於結束再 :了 P“、4波轉換狀態之子圖區後，係標示為待編碼狀 怨4。接著，提供一 ηχη圖塊，以分割待編碼狀態之 ⑧ 12 1281642 子圖區產生至少一圖塊，並計算圖塊之一數值S75，更 提供一分佈區間，係用以比對數值，以標示圖塊為一不 - 重要圖塊 般重要圖塊、一較重要圖塊或一重要圖 / 塊擇，並依據分佈區間之一編碼資料量對圖塊進行一 •圖塊：碼S76。其後’結合類JPEG編碼及圖塊編碼， 產生第圖像壓縮數據及第二圖像壓縮數據S77。最 後’結束整個流程。 明S閱弟八圖，係藏示弟六圖所述之判斷式產生之 示意圖。圖中，於獲得—圖像以f知塔式分解之三階小 波轉換81，接著，計算最低頻以外之子圖區之一平均 能量弋與整個圖像之平均能量尽進行比對，經由下列判 斷式： 若5m > Q X %，則判別子圖區係為一再執行一階小波 轉換狀態； 若弋>Clx尽，則判別子圖區係為一待編碼狀態； φ 若心< q X £。，則判別子圖區係為一放棄狀態； 其中，且0<W1 ’ c丨、C2係為一百分比，所為一不 重複之自然數係以標示各個子圖區。 於再執行-階小波轉換狀態之子圖區完成一次小波轉 ' ^後，即得一能量自適應分解之小波轉換82 ,此時， • 能量自適應分解之小波轉換82中之各子圖區僅存待編 碼狀態及放棄狀態，於圖中僅標示放棄狀態之子圖區。 緊接著’以一 ηχη圖塊分割，n可為一自然數，於此即 以一 4x4圖塊為例說明，計算各圖塊之—數值並以一分 13 1281642 佈區間比對數值標示圖塊，栌 知不為一不重要圖塊、一一 般重要圖塊二較重要圖塊或一重要圖塊，並依 應之一編碼資料量對圖塊進行一 曰、κ 仃圖塊編碼。而編碼資料 罝之分配於不重要圖塊即以2彳# ^ 、 圖塊則以2 + 16x1 + 1位亓；隹—站 力又置要 2+1fiv?4-9 ^ 疋進仃編碼、較重要圖塊則以 2+16X2+2位兀進偶碼、重要圖塊_ 2+16χ5 + 6 + 6位元進行編碼。進而眚银所^ 限的資料傳輸量内傳遞，僅之a 逆取於有 使之壬現較佳的圖像效果。 士請翏閱第九圖’係顯示本發明之圖像解壓縮方法之 4圖m之流程由開始展開，繼之，提供 壓縮資料S9卜並區分圖像壓縮資料之—第芦 數據及一第二圖像壓縮數據S92， ·象i縮 爆，冋時，提供一第一解 碼f序，解壓」縮第一圖像壓縮數據，以產生-圖像S93, 更^^供一弟·一解碼程序，解壓输黛-固你广 胂i細弟—圖像壓縮數據，以 ^生圖像之:局部範圍S94。接著，結合圖像與局部範 圍S95，再藉由一平滑處理藉床、由 处理私序以消除局部範圍與圖像 之邊緣效應S96 ’其後，輸出結合後之圖像挪。最後， 結束此流程。此處更提供—能量解碼轉作為上述之第 -解碼程序及第二解碼程序，此能量㈣㈣㈣第七 圖所述之編碼演算程序之一逆作用。 請-併參閱第十圖、第十—圖及第十二圖，係分別 顯不本發明之-種圖像編解碼系統、圖像編碼模级運作 及圖像解碼模組運作之示意圖。如第十圖巾所示，此圖 像編解碼系統1GG1包含—圖像編碼模組刚u及一圖 14 1281642 =碼模二刚:’其中’圖像編組運 圖所不，輸入-確立局部範圍之圖像1011，A十— 碼模組10011分別進行整個圖像編碼1()12 f像編 範圍編碼1〇13,其後結合兩者 俊，像局部 ㈣。另外’圖像解碼模組運作如第 1像壓縮資料1Q14,由圖像解碼模組_2 t 仃整個圖像解碼1021與圖像局部範 ： 處，序_以消除解瑪後，圖像』 I』像之邊緣效應，其後輸出—解碼圖像刪。此 卜此糸統更可適用於一可攜式通訊裝置。 離=所述僅為舉例性，㈣為限制性者。任何未脫 :明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變 更，均應包含於後附之申請專利範圍中。 【圖式簡單說明】 第：圖係為習知技藝之圖像壓縮技術之流程圖； =了圖係為習知技藝之小波轉換圖像壓縮技術之流程圖； ^圖係為*知技蟄之小波轉換圖像解壓縮技術之流程圖； 第四圖係為習知技藝之小波轉換之示意圖； ，五圖係為習知技藝之塔式分解之示意圖； 第六圖係顯示本發明之圖像壓縮方法之流程圖； ^七圖係顯示本發明所露揭之編碼演算程序之流程圖； 第八圖係顯示第六圖所述之判斷式產生之示意圖； 第九圖係顯示本發明之圖像解壓縮方法之流程圖； 1281642 第十圖係顯示本發明之一種圖像編解碼系統之示意圖； 第十一圖係顯示本發明之圖像編碼模組運作之示意圖；以及 第十二圖係顯示本發明之圖像解碼模組運作之示意圖。 【元件符號說明】 S11 -S15 ： 流程步驟； 41 ·· 原始圖像； S21 〜S24 ·· 流程步驟； 42 ： 水平分割； S31 〜S35 ·· 流程步驟； 43 ·· 垂直分割； A、] B、C及 D :像素； A，、 B， 、 C，、 D， 、 Ε， 、 F，、 G， 、 Η，、 A”、B”、C”及 L、] Η、LL、 LH 、 HL 及 ΗΗ :子圖區 • 51 ： 第一階 小波轉換； 52 : 第二階 小波轉換； 53 : 第三階 小波轉換；

LL卜 Lm、HU、HH1、LL2、LH2、HL2、HH2、LL3、LH3、 HL3及HH3 :子圖區； S61〜S65 :流程步驟； S71〜S77 :流程步驟； 81 :塔式分解之三階小波轉換； 8 2 ·能|自適應分解之小波轉換； S91〜S96 :流程步驟； 1012、1013 :編碼； 1001 :圖像編解碼系統；1014 :圖像壓縮資料； 10011 ··圖像編碼模組；1021、1022 :解碼； 10012 ··圖像解碼模組；1023 :平滑處理程序；以及 1011 :圖像； 1024 :解碼圖像。 16

Claims (1)

1281642 -、申請專利範圍： 、一種圖像壓縮方法，包含·· 提供一圖像； ft (1域逑擇單元，於該圖像選取—局部範圍； 提供一第一編碼程序，壓縮該圖像並產生一第一 圖像壓縮數據，· 、提供-第二編碼程序’壓縮該局部範圍之該圖像 並產生一第二圖像壓縮數據；以及 、結合該第-圖像壓縮數據及該第二圖壓縮數據， 以輸出一圖像壓縮資料。 2 4 、如侧圍第i項所述之圖像壓縮方法，其中更包 含提供一數位圖像作為該圖像。 如專利範15第1項所述之圖像墨縮方法，其中更包 含提供一編碼演算程序作為該第一編碼程序及該^ 扁^耘序，且该第一編碼程序之一轉換階數係低 於该第二編碼程序之一轉換階數。 - 如專利乾圍第3項所述之圖像壓縮方法，其中 碼演算程序更包含： 計算該圖像之一平均能量五。； 二提供一小波轉換，係對應該轉換階數以分別分解 该圖像及該局部範圍之該圖像，於結束該小波轉換 後，以分別產生一最低頻子圖區及至少一子圖區， 且該最低頻子圖區係進行一類JPEG編碼； 提供判斷式，將該子圖區之一平均能量弋與該 17 (8) 1281642 :均尽進行比對，以判別該子圖區為一放棄狀 二，待編碼狀態或一再執行一階小波轉換狀態擇 杜且m係為一不重複之自然數； . &束忒再執仃一階小波轉換狀態之該子圖區後， 係軚示為該待編碼狀態； nxn圖塊’以分割該待編碼狀態之該子圖 ^至少—圖塊，並計算該圖塊之-數值； • 分佈區間’係用以比對該數值，以標示該 二：為-不重要圖塊、一一 圖塊或一重要圈撿抵 平乂里旻 碼資料旦^ 免擇一，並依據該分佈區間之一編 、、、、’、,對该圖塊進行一圖塊編碼；以及 ;口忒頒JPEG編碼及該圖塊 像壓縮數據及該第二圖像壓縮數據。 圖 5、如專利範圍第4項所述之圖像壓縮方法，其中更包 含提供一數學式1 • 予式馬=Β?ΣΙ/Μ2作為計算該平均能 量，二/α刀係為該圖像中每— 〜从以及；=：1〜#。 里 6 如專利乾圍第4· %、+、 含提供一自==之圖像壓縮方法’其中更包 • 7、：=]範圍第4項所述之圖像壓縮方法，其中更包 :該 兮子H F伤氐 轉換狀悲，若\>qx尽，則判別 名子圖區係為該待 乃J 届碼狀恶，若弋<qx尽，則判別該 CS) 18 1281642 子圖區係為該放棄狀態，且0<Α<^2<1，q、c2係為一 百分比。 8、如專利範圍第4項所述之圖像壓縮方法，其中更包 • 含提供該圖塊之一方差作為該數值。 - 9、如專利範圍第8項所述之圖像壓縮方法，其中更包 含提供一數值分佈^<?1<?2作為該分佈區間，且^、^及 G係為一旗標值，當該方差小於〖。，則標示該圖塊為 該不重要圖塊，當該方差介於L及A間，則標示該圖 塊為該一般重要圖塊，當該方差介於（及^間，則標 示該圖塊為該較重要圖塊，當該方差大於&，則標 示該圖塊為該重要圖塊。 1〇、一種圖像解壓縮方法，包含： 提供一圖像壓縮資料； 區分該圖像壓縮資料之一第一圖像壓縮數據及 一第二圖像壓縮數據； • 提供一第一解碼程序，解壓縮該第一圖像壓縮 數據，以產生一圖像； 提供一第二解碼程序，解壓縮該第二圖像壓縮 數據，以產生一局部範圍之該圖像； • 結合該圖像與該局部範圍之該圖像； - 藉由一平滑處理程序以消除該局部範圍之該圖 像之邊緣效應；以及 輸出結合後之該圖像。 u、如專利範圍第10項所述之圖像解壓縮方法，其中 ㊣ 19 更包含提供一數位圖像作為該圖像。 如專利範圍第1 〇項所述之圖像解壓縮方法，其 更包含提供—能量解碼程序作為言亥第一解石馬二 及該第二解碼程序。 王序 如f利範圍第12項所述之圖像解壓縮方法，其 该乐一圖像壓縮數據及該第二圖像壓縮數據 生自一編碼演算程序。 “ 如專利範圍第13項所述之圖像解壓縮方法，其 該編碼演算程序之-逆作用作為該能 如專利範圍第13項所述之圖像壓縮方法，复 編碼演算程序更包含： “ 計算該圖像之一平均能量五〇 ; 提七、小波轉換，係對應一轉換階數以分別八 ::圖像及該局部範圍之該圖像，於結束該小： 。、後，以分別產生一最低頻子圖區及至少—子 圖^且5亥取低頻子圖區係進行一類jpeg編碼； 提供一判斷式，將該子圖區之一平均能量五盥 :平均能量五。進行比對，以判別該子圖區為二放 It—待編碼狀態或一再執行-階小波轉換 心 ’且m係為一不重複之自然數； 、、’σ束4再執行一階小波轉換狀態之該子圖區 後’係標示為該待編碼狀態； /、 11圖塊，以分割該待編碼狀態之該子