使用差分傳送進(jìn)行的無損圖像壓縮的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]電子設(shè)備所捕獲和/或顯示的視覺圖像常常以數(shù)量相當(dāng)大的存儲器空間占用(即，為了存儲表示圖像的數(shù)據(jù)而消耗的存儲器的量)為特征。隨著圖像分辨率的提高，圖像的存儲器空間占用也增大。期望各種電子設(shè)備能夠處理這樣的圖像。例如，移動電子設(shè)備(諸如移動電話和個人數(shù)字助理)常配備有拍攝靜態(tài)照片、或者甚至視頻的相機(jī)。雖然目前包括在這樣的設(shè)備中的圖像捕獲傳感器往往能夠?qū)崿F(xiàn)大約2-4百萬像素，但是包括在較新電話中的傳感器將繼續(xù)提高分辨率。此外，這樣的設(shè)備正配備有更高分辨率的屏幕，因此用于顯示的圖像的空間占用也增大。這樣的設(shè)備還可被設(shè)計用于將高分辨率圖像/視頻輸出到外部設(shè)備，并且高分辨率圖像的空間占用很大。
[0002]雖然這樣的設(shè)備中存儲器的大小隨著時間也在提高，但是存儲器的大小不可能以與圖像分辨率和/或尺寸相同的速率提高。另外，這樣的設(shè)備越來越多地提供重要的功能性以用于其他目的。例如，智能電話正開始提供多線程處理來支持多個應(yīng)用程序同時在電話上運(yùn)行。每個應(yīng)用程序消耗存儲器以用于被執(zhí)行的代碼和所處理的數(shù)據(jù)，這對存儲器容量產(chǎn)生了進(jìn)一步的壓力。此外，應(yīng)用程序競爭訪問存儲器(例如帶寬)，這可能對存儲器和存儲器控制器之間、以及存儲器控制器和系統(tǒng)中其他設(shè)備(諸如處理器、圖形設(shè)備、顯示控制器等)之間的互連器產(chǎn)生壓力。
[0003]圖像能夠以壓縮形式被傳輸和存儲。然而，在圖像捕獲和顯示期間，對圖像壓縮和解壓縮的時間和硬件要求可能是過高的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本文所述的系統(tǒng)和方法展示了使用差分傳送進(jìn)行的多種無損圖像壓縮技術(shù)。如本文所述，無損圖像壓縮可涉及利用圖像(或圖像的一部分)在多個幀(或其他圖像序列)上不改變的實例。由于帶寬(或其他資源)限制，可能必須發(fā)送僅代表圖像近似版本的圖像數(shù)據(jù)。在下一幀正被處理時，如果圖像并沒有改變，則可發(fā)送使得能夠生成圖像完整版本的附加圖像信息。因此，在圖像的完整數(shù)據(jù)(甚至在被壓縮時)由于帶寬限制而可能不是能傳送的時候，使用差分傳送進(jìn)行的無損圖像壓縮可使得能夠生成圖像的完整版本。
[0005]例如，視頻的一個幀的圖像數(shù)據(jù)可能由于帶寬或空間局限而使用有損壓縮來被壓縮。一旦被傳送了，則有損壓縮的圖像數(shù)據(jù)可能只代表該幀的近似(或有損)版本。在下一幀被處理時，如果該幀沒有改變(或者沒有改變太多)，則使得能夠生成該幀的完整(或無損)版本的圖像數(shù)據(jù)可被傳送。因此，如果非變化圖像由于數(shù)據(jù)速率(或其他資源)限制而沒有被無損地發(fā)送，則后續(xù)的差分傳輸可使被接收圖像數(shù)據(jù)完整，以在兩個或更多幀之后生成完全無損的結(jié)果。
[0006]在壓縮和傳送圖像序列(諸如視頻)時，在多個幀上，圖像幀并非所有部分都可能同時或以同樣的速率改變。因此，在(由于資源/帶寬限制)為圖像的一部分發(fā)送有損壓縮的圖像數(shù)據(jù)之后，圖像的所述一部分在下一幀中可能沒有改變。利用圖像的特定部分在后續(xù)幀中沒有改變這一事實，可發(fā)送所述圖像的該部分的附加圖像數(shù)據(jù)以允許生成圖像的該部分的無損圖像數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0007]圖1是示出根據(jù)一個實施例的一般性數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)目標(biāo)使用壓縮和解壓縮的一個實施例的框圖的邏輯框圖。
[0008]圖2是示出本文所述的用于執(zhí)行使用差分傳送進(jìn)行的無損圖像壓縮的方法的一個實施例的流程圖。
[0009]圖3是示出根據(jù)一個實施例的使用無損圖像壓縮來壓縮圖像塊的邏輯框圖，該無損圖像壓縮使用差分傳送進(jìn)行。
[0010]圖4是示出能夠執(zhí)行本文所述的使用差分傳送進(jìn)行的無損圖像壓縮的圖像壓縮單元的一個實施例的邏輯框圖。
[0011]圖5是示出用于使用無損圖像壓縮的方法的一個實施例的流程圖，該無損圖像壓縮使用差分傳送進(jìn)行。
[0012]圖6是示出本文所述的包括系數(shù)量化的使用差分傳送進(jìn)行的無損圖像壓縮方法的一個實施例的流程圖。
[0013]圖7是示出使用差分傳送進(jìn)行的無損圖像壓縮方法的一個實施例的流程圖。
[0014]圖8是根據(jù)一個實施例展示圖像解壓縮單元的邏輯框圖。
[0015]圖9是示出使用差分傳送進(jìn)行的無損圖像壓縮方法的一個實施例的流程圖。
[0016]圖10是示出使用差分傳送進(jìn)行的無損圖像壓縮方法的一個實施例的流程圖。
[0017]圖11是示出根據(jù)一個實施例的能夠執(zhí)行本文所述的使用差分傳送進(jìn)行的無損圖像壓縮的計算機(jī)系統(tǒng)的邏輯框圖。
[0018]雖然各種實施例在本文中以幾個實施例和例示性附圖的示例方式進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，實施例并不限于所描述的那些實施例和附圖。應(yīng)當(dāng)理解，附圖及其詳細(xì)描述并不旨在要將實施例限制為所公開的具體形式，相反，本發(fā)明是要涵蓋落在本公開的實質(zhì)和范圍內(nèi)的所有修改、等同形式和替代形式。本文中所使用的任何標(biāo)題只是為了編排的目的，而并不是要用于對說明書的范圍進(jìn)行限制。如在整個本專利申請中所使用的那樣，以允許的意義(即，意味著具有可能性)而不是強(qiáng)制的意義(即，意味著必須)來使用“可以” 一詞。類似地，詞語“包括”、“包含”、和“具有”是指包括、但不限于。
【具體實施方式】
[0019]根據(jù)一些實施例，本文所述的使用差分傳送進(jìn)行的無損圖像壓縮可包括最初由于資源限制而利用有損壓縮傳送圖像數(shù)據(jù)、但隨后以生成無損圖像數(shù)據(jù)的方式來傳送圖像數(shù)據(jù)。
[0020]如本文所述，使用差分傳送進(jìn)行的無損圖像壓縮可由圖像壓縮單元和兼容的圖像解壓縮單元來實現(xiàn)。圖像壓縮單元能夠以低延遲和相對少的硬件來執(zhí)行圖像的壓縮。類似地，圖像解壓縮單元能夠以低延遲和少量硬件來對圖像進(jìn)行解壓縮。使用差分傳送進(jìn)行的無損圖像壓縮可減輕存儲器與對圖像進(jìn)行操縱的設(shè)備/模塊之間的互連器上的帶寬壓力、以及圖像數(shù)據(jù)與其它數(shù)據(jù)存儲之間對存儲器空間的競爭。
[0021]圖像可作為一系列圖像塊來被處理(分析、壓縮、傳送、解壓縮等)。每個塊可以是統(tǒng)一的大小，并代表總體圖像的一部分。因此，視頻序列中的每個圖像幀可作為在被一起顯示時形成整個時間幀的一組塊來被處理。本文所述的使用差分傳送進(jìn)行的無損圖像壓縮可被應(yīng)用于圖像序列(例如視頻)中的各個圖像塊(例如幀)。
[0022]例如，圖像壓縮單元可能由于有限的帶寬(諸如存儲器與顯示控制器之間的限制或其他資源限制)而對于圖像幀的一個(或多個)所述塊僅發(fā)送圖像數(shù)據(jù)的一部分。部分圖像數(shù)據(jù)可以用于生成該圖像塊的近似(例如有損)版本。然后，如果那個塊的內(nèi)容(例如圖像/圖形)在下一幀中沒有改變，則圖像壓縮單元于是可發(fā)送那個塊的使得能夠生成那個塊的準(zhǔn)確(例如無損)版本的圖像數(shù)據(jù)。例如，在一個實施例中，在處理下一幀時，圖像壓縮單元可發(fā)送該塊的其余圖像數(shù)據(jù)，從而在與先前發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)結(jié)合時可創(chuàng)建該圖像塊的完整版本。
[0023]請注意，雖然在本文中以圖像并利用基于圖像的示例來進(jìn)行描述，但是，使用差分傳送進(jìn)行的無損圖像壓縮可應(yīng)用于除了圖像之外的數(shù)據(jù)和/或信息。例如，可作為序列幀來分析的任何數(shù)據(jù)集合都可使用本文所述的系統(tǒng)、方法和技術(shù)來傳送。
[0024]在以下詳細(xì)描述中，給出了多個具體細(xì)節(jié)以提供對要求保護(hù)的主題的全面理解。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，要求保護(hù)的主題可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下被實現(xiàn)。在其他實例中，方法、裝置或系統(tǒng)在下文中沒有被詳細(xì)地描述，這是因為它們是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，以便避免使要求保護(hù)的主題模糊不清。
[0025]下面的【具體實施方式】的一些部分是以對二進(jìn)制數(shù)字信號的操作的算法或符號表示來進(jìn)行展示的，該二進(jìn)制數(shù)字信號存儲在特定裝置或?qū)Ｓ糜嬎阍O(shè)備或平臺的存儲器內(nèi)。在這個具體說明書的上下文中，術(shù)語“特定裝置”等包括通用計算機(jī)，只要其被編程為根據(jù)來自程序軟件的指令執(zhí)行特定功能。算法描述或符號表示是信號處理或相關(guān)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員用來將其工作實質(zhì)內(nèi)容傳達(dá)給該領(lǐng)域中其他技術(shù)人員的技術(shù)的示例。算法在這里、并且一般性地被視為是導(dǎo)致所期望結(jié)果的操作或類似信號處理的自相一致的序列。在這個語境中，操作或處理涉及物理量的物理操縱。通常，但是不是必然地，這樣的量可以采取能夠被存儲、傳送、組合、比較或以其它方式操縱的電或磁信號的形式。已經(jīng)證明有時(主要是出于慣用用法的原因)將這樣的信號指代為位、數(shù)據(jù)、數(shù)值、元素、符號、字符、項、數(shù)字、數(shù)碼等是方便的。但是應(yīng)該理解，所有這些或類似術(shù)語要與適當(dāng)?shù)奈锢砹肯嚓P(guān)聯(lián)并且僅僅是方便的標(biāo)號。
[0026]除非另外特別說明，否則如從下面的討論中顯而易見的那樣，應(yīng)當(dāng)理解，在本說明書通篇中，利用諸如“處理”、“計算”、“運(yùn)算”、“確定”等這樣的術(shù)語的討論是指特定裝置(諸如專用計算機(jī)或類似的專用電子計算設(shè)備)的動作或過程。因此，在本說明書的上下文中，專用計算機(jī)或類似的專用電子計算設(shè)備能夠操縱或變換信號，信號通常被表示為所述專用計算機(jī)或類似的專用電子計算設(shè)備的存儲器、寄存器、或其他信息存儲設(shè)備、傳輸設(shè)備、或顯示設(shè)備內(nèi)的電子或磁的物理量。
[0027]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖1，示出了經(jīng)由信道150耦接的一般性圖像數(shù)據(jù)源110和一般性圖像數(shù)據(jù)目標(biāo)140的框圖，該信道150包括至少一個帶寬受限和/或空間受限的資源。圖像數(shù)據(jù)源110包括圖像壓縮單元120，并且圖像數(shù)據(jù)目標(biāo)140包括圖像解壓縮單元130。
[0028]一般而言，圖像數(shù)據(jù)源110可被配置為通過信道150將數(shù)據(jù)傳送到圖像數(shù)據(jù)目標(biāo)140。圖像數(shù)據(jù)源110可生成數(shù)據(jù)(例如，圖像數(shù)據(jù)源110可以是傳感器，諸如用于圖形圖像的相機(jī))，或者可從其他電路接收數(shù)據(jù)并任選地可處理該數(shù)據(jù)以將該數(shù)據(jù)以某種限定的方式進(jìn)行變換。圖像數(shù)據(jù)源I1于是可利用圖像壓縮單元120對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。一般而言，根據(jù)一些實施例，壓縮可以是數(shù)據(jù)的一種變換，在該變換中減小數(shù)據(jù)的大小。
[0029]壓縮可以是無損的或者是有損的。利用無損壓縮，原始數(shù)據(jù)在壓縮和隨后的解壓縮之后可恢復(fù)為其準(zhǔn)確形式。因此，無損壓縮算法可著眼于移除原始數(shù)據(jù)中的冗余以及更有效地對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，但是是以保留所有信息內(nèi)容的方式。例如，數(shù)據(jù)中一長串連續(xù)的相同數(shù)值可以更有效的編碼來代替，諸如該數(shù)值的實例數(shù)量的計數(shù)、后面跟有該數(shù)值本身的一個實例。在有損壓縮中，(通過對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮并對壓縮的數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮而得到的)解壓縮的數(shù)據(jù)是原始數(shù)據(jù)的近似值。特別是對于圖形圖像，有損壓縮可能生成在用人眼觀察時基本上難以與原始圖像進(jìn)行區(qū)分的解壓縮圖像，即使解壓縮圖像已經(jīng)丟失了一些表示該圖像的內(nèi)容?；蛘撸袚p壓縮可能導(dǎo)致解壓縮的圖像相對于原始圖像具有明顯的差異，但是這些差異可能被認(rèn)為是觀察者能接受的。
[0030]通過壓縮數(shù)據(jù)并通過信道150傳送壓縮的數(shù)據(jù)，圖像數(shù)據(jù)源110可消耗信道150中更少的可用帶寬和/或存儲空間。例如，信道150可能包括一個或多個互連器，數(shù)據(jù)通過所述一個或多個互連器而被傳輸。每個互連器可能具有一最大帶寬，并且至少一些互連器帶寬可能不足以支持未壓縮數(shù)據(jù)的“實時”傳輸。即，未壓縮數(shù)據(jù)可能由圖像數(shù)據(jù)源110以特定速率來生成或接收。如果可用于圖像數(shù)據(jù)源110的帶寬小于該速率，則未壓縮數(shù)據(jù)不能在不對數(shù)據(jù)生成/接收速率產(chǎn)生拖延、或反壓力的情況下被傳輸。在一些情況下，對數(shù)據(jù)生成/接收速率產(chǎn)生拖延可能并不是能被接受的。例如，如果圖像數(shù)據(jù)源I1是相機(jī)傳感器，則代表圖像的數(shù)據(jù)必須在傳感器捕獲下一個圖像之前被傳輸。如果圖像數(shù)據(jù)源110正在提供視頻，則圖像正以特定的幀速率被傳