一種圖像編碼裝置及其圖像編碼方法
2023-07-23 11:13:46
專利名稱：一種圖像編碼裝置及其圖像編碼方法
技術領域：
本發明涉及一種編碼裝置及其編碼方法，尤其涉及一種圖像編碼裝置及其圖像編碼方法。
背景技術：
計算機圖像存儲有多種編碼格式，目前常見的有BMP、JPG、PNG等。BMP是一種非壓縮的圖像存儲格式，存儲圖像時一般會佔用較大的存儲空間，JPG和PNG是一種經過壓縮算法處理的圖像存儲格式，與BMP相比佔用較少的存儲空間，但一般情況下一張圖片存儲起來仍然要佔用幾KB到幾MB的存儲空間。可以滿足一般人們在個人PC上使用。但是，在嵌入式系統中，採用常見的存儲格式會帶來存儲空間不足的問題，尤其是在實時系統中，當需要用大量圖像數據快速刷新顯示屏幕時，圖像數據需要存儲在RAM中，空間佔用問題更為嚴重。
發明內容
有鑑於此，有必要提供一種圖像編碼裝置及其圖像編碼方法，旨在解決實時系統中圖像數據量大，運算時間長的問題。本發明是這樣實現的，一種圖像編碼裝置，其包括圖像預處理單元，用於將原圖像轉換為黑色背景並有16個灰度等級的灰度圖像；搜索單元，用於搜索所述灰度圖像中的每一個連通域，即以當前像素為中心的8鄰域，每搜索到一個圖像前景像素時，記錄所述當前像素相對上一個像素的位置；格式化單元，用於根據所述當前像素的位置、灰度值以及顯示標誌格式化所述當前像素的數據以形成當前像素值；存儲單元，用於將所述當前像素值存入圖像編碼表；判斷單元，用於判斷所述灰度圖像是否搜索完畢，沒有則執行所述搜索單元繼續搜索以所述當前像素為中心的下一個8鄰域；結束單元，用於根據所述原圖像的尺寸要求在所述圖像編碼表尾加入一個結束點。進一步地，所述圖像預處理單元將用其它顏色空間表示的圖像轉換為灰度等級表示的圖像，且每個像素的亮度值分為16個亮度等級並用二進位數4位表示。進一步地，定義一個像素的8鄰域為左上角為NW=O，左邊為W=I，左下角SW=2，下邊為S=3，右下角為SE=4，右邊為E=5，右上角為NE=6，上邊為N=7，並規定所述搜索單元搜索時以NW所在像素為搜索第一點，逆時針搜索，當第一點不存在時按逆時針以下一點為第一點開始搜索，所述搜索單元根據所述8鄰域定義及搜索方向搜索連通域內是否存在有亮度的點，如果有，記錄第一個有亮度的點位置。進一步地，所述當前像素值採用8位記錄，其中包含1位顯示標誌位，3位位置位， 4位亮度等級位，最高位為顯示標誌代表該像素是否要被顯示，第4至6位，共3位為位置標誌代表相對前一像素的位置，第0至3位為亮度位代表當前像素的亮度等級。進一步地，所述搜索單元將格式化處理過的像素值記錄下來，以當前像素為中心直到搜索完畢整幅圖像。
本發明還涉及一種圖像編碼方法，其包括以下步驟將原圖像轉換為黑色背景並有16個灰度等級的灰度圖像；搜索所述灰度圖像中的每一個連通域，即以當前像素為中心的8鄰域，每搜索到一個圖像前景像素時，記錄所述當前像素相對上一個像素的位置；根據所述當前像素的位置、灰度值以及顯示標誌格式化所述當前像素的數據以形成當前像素值；將所述當前像素值存入圖像編碼表；判斷所述灰度圖像是否搜索完畢，沒有則繼續搜索以所述當前像素為中心的下一個8鄰域；根據所述原圖像的尺寸要求在所述圖像編碼表尾加入一個結束點。進一步地，所述圖像編碼方法還包括以下步驟將用其它顏色空間表示的圖像轉換為灰度等級表示的圖像，且每個像素的亮度值分為16個亮度等級並用二進位數4位表
進一步地，所述圖像編碼方法還包括以下步驟定義一個像素的8鄰域為左上角為NW=O，左邊為W=I，左下角SW=2，下邊為S=3，右下角為SE=4，右邊為E=5，右上角為NE=6， 上邊為N=7，並規定搜索時以NW所在像素為搜索第一點，逆時針搜索，當第一點不存在時按逆時針以下一點為第一點開始搜索，根據所述8鄰域定義及搜索方向搜索連通域內是否存在有亮度的點，如果有，記錄第一個有亮度的點位置。進一步地，所述當前像素值採用8位記錄，其中包含1位顯示標誌位，3位位置位， 4位亮度等級位，最高位為顯示標誌代表該像素是否要被顯示，第4至6位，共3位為位置標誌代表相對前一像素的位置，第0至3位為亮度位代表當前像素的亮度等級。進一步地，所述圖像編碼方法還包括以下步驟將格式化處理過的像素值記錄下來，以當前像素為中心直到搜索完畢整幅圖像。本發明與現有技術相比，本發明提供的圖像編碼裝置及其圖像編碼方法，通過一次有效像素8鄰域圖像掃描及格式轉換就可以完成圖像的編碼工作，從而根據圖像編碼可以快速重構出圖像，因而簡單，易實現，佔用存儲空間極少，特別適用於圖像中有效信息量少的情況。
圖1是本發明實施方式提供的圖像編碼裝置的模塊結構示意圖； 圖2是圖1中圖像編碼裝置的8鄰域定義及搜索方向示意圖3是圖1中圖像編碼裝置的圖像像素編碼格式示意圖； 圖4是圖1中圖像編碼裝置的鄰域搜索算法及邊界處理流程圖； 圖5是圖1中圖像編碼裝置的圖像編碼算法流程圖； 圖6是圖1中圖像編碼裝置的圖像預處效果示意圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。請參閱圖1，其為本發明較佳實施方式提供的圖像編碼裝置100的模塊結構示意圖，圖像編碼裝置100包括圖像預處理單元10、搜索單元20、格式化單元30、存儲單元40、判斷單元50、結束單元60。圖像預處理單元10用於將原圖像轉換為黑色背景並有16個灰度等級的灰度圖像。具體地，圖像預處理單元10將用其它顏色空間表示的圖像轉換為灰度等級表示的圖像，且每個像素的亮度值分為16個亮度等級並用二進位數4位表示。為了獲得可以編碼的灰度圖像，一般要對原始圖像進行圖像預處理，首先將其它格式的圖像編碼轉換為8位灰度圖像，灰度圖像便於處理，如果圖像背景色不為黑色(像素灰度值為0)，則進行閾值化處理，分離出前景和背景，遍歷圖像，將像素的原始灰度值除以16並保存到原來位置，這樣預處理後的圖像只有16個等級層次，可以用4位二進位數表示。搜索單元20用於搜索所述灰度圖像中的每一個連通域，每搜索到一個圖像前景像素時，記錄當前像素相對上一個像素的位置。請結合圖2，定義一個像素的8鄰域為左上角為爾=0，左邊為W=l，左下角SW=2，下邊為S=3，右下角為SE=4，右邊為E=5，右上角為 NE=6，上邊為N=7，並規定搜索單元20搜索時以NW所在像素為搜索第一點，逆時針搜索，當第一點不存在時按逆時針以下一點為第一點開始搜索，搜索單元20根據所述8鄰域定義及搜索方向搜索連通域內是否存在有亮度的點，如果有，記錄第一個有亮度的點位置。格式化單元30用於根據所述當前像素的位置、灰度值以及顯示標誌格式化所述當前像素的數據以形成當前像素值。請結合圖3，所述當前像素值採用8位記錄，其中包含1 位顯示標誌位，3位位置位，4位亮度等級位，最高位為顯示標誌代表該像素是否要被顯示， 第4至6位，共3位為位置標誌代表相對前一像素的位置，第0至3位為亮度位代表當前像素的亮度等級。搜索單元30將格式化處理過的像素值記錄下來，以當前像素為中心直到搜索完畢整幅圖像。存儲單元40用於將所述當前像素值存入圖像編碼表。判斷單元50用於判斷所述灰度圖像是否搜索完畢，沒有則執行所述搜索單元繼續搜索以所述當前像素為中心的下一個8鄰域。結束單元60用於根據所述原圖像的尺寸要求在所述圖像編碼表尾加入一個結束點ο經過圖像預處理單元10處理的圖像，圖像中的有亮度的像素，一般集中在幾個圖像連通域中。本算法的核心就是對這些有亮度的像素點進行編碼。具體的遍歷流程為提取圖像中的多個連通域，記錄到變量mAreaList中，圖像中一個連通域用 mAreaList(i) (0<=i<mAreaList. size)表示，一個連通域中的像素點用 mAreaList (i) (j) (0<=j<mAreaList(i). size)表示。選取圖像左上角第一點為參考點，選取離參考點最近的有亮度的點為起點。首先對從參考點到起點間的亮度為0的不顯示的點和起點進行編碼，然後按照圖2定義的8鄰域及搜索方向搜索與起點相鄰的第一個有亮度的點，將該點編碼，編碼格式如附圖3所示。將搜索到的有亮度的點在圖像上設置亮度為0，並且從 mAreaList (i)中刪除。搜索有亮度點的算法流程圖如圖4所示。接下來搜索最後搜索到的點8鄰域，找到第一個有亮度的點並進行編碼，直到些連通域遍歷完畢。完畢後，些連通域從圖像上消失，mAreaList (i)點的個數為0。以上一個連通域最後一個被搜索到的點為參考點，計算mAreaList中離參考點最近的點前以此為起點，編碼從參考點到起點間亮度為0 的不顯示的點和起點。然後按照搜索上一連通域的方式搜索此連通域，直到些連通域為空。 當搜索完所有連通域後，編碼搜索到的最後一點到終點的亮度為0不顯示的點。當不要求圖像尺寸時可以不執行最後一步編碼，當只要求圖像有指定寬度時水平編碼到圖像的右邊即可，當只要求圖像有指定的高度時垂直編碼到圖像的底邊即可，當要求圖像有指定的尺寸時最後一點要編碼到圖像的右下角點。至此，一幅圖像編碼完畢。如上所述，本發明算法通過一次有效像素8鄰域圖像掃描及格式轉換就可以完成圖像的編碼工作，軟體程序處理流程如圖5所示。如圖6所示左側圖像，經過圖像預處理後如圖6右側圖像所示，成為了一幅背景亮度為0的灰度圖像。請再次參閱圖4，掃描圖像，獲得四個連通域，將連通域中所有點坐標存入 mAreaList變量。以圖像左上角點(0，0)為參考點，計算離(0，0)點最近的點，從圖上可以看出是左上角連通域中的一個點(X0，Y0)，首先按照路徑最近原則編碼(0，0)到(X0，Y0)的不顯示的點，再編碼該連通域中的點，搜索原則如圖2所示，每搜索到一個點P(Xp，Yp)就從 HiAreaList(O)中刪除與搜索到點坐標相同的點，並將圖像上與些坐標相同的點亮度設置為 0，直到遍歷完整個連通域。此時P(Xp，Yp)就是HiAreaList(O)中最後一個被搜索到的點。計算剩餘連通域中到P (Xp, Yp)距離最近的點Q (Xq, Yq)，按路徑最近原則編碼 Ρ(Χρ,Υρ)到Q(Xq，Yq)的不顯示的點，然後搜索Q(Xq，Yq)所在的連通域，直到搜索完整個連通域。以此類推搜索完所有連通域，並把最後搜索到的點標記為M(Xm，Ym)。此圖像要保持原始圖像尺寸不變，則終點為E(w-l，h_l) (w，h為圖像的寬度和高度值)，最後按路徑最近原則編碼M(Xm，Ym)到E(w-l，h_l)間不顯示的點。整幅圖像編碼完畢。本發明提出了一種簡單，易實現，佔用存儲空間極少的圖像編碼算法。該算法特別適用於圖像中有效信息量少的情況。根據圖像編碼可以快速重構出圖像。本發明算法通過一次有效像素8鄰域圖像掃描及格式轉換就可以完成圖像的編碼工作。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種圖像編碼裝置，其特徵在於，其包括圖像預處理單元，用於將原圖像轉換為黑色背景並有16個灰度等級的灰度圖像；搜索單元，用於搜索所述灰度圖像中的每一個連通域，即以當前像素為中心的8鄰域， 每搜索到一個圖像前景像素時，記錄所述當前像素相對上一個像素的位置；格式化單元，用於根據所述當前像素的位置、灰度值以及顯示標誌格式化所述當前像素的數據以形成當前像素值；存儲單元，用於將所述當前像素值存入圖像編碼表；判斷單元，用於判斷所述灰度圖像是否搜索完畢，沒有則執行所述搜索單元繼續搜索以所述當前像素為中心的下一個8鄰域；結束單元，用於根據所述原圖像的尺寸要求在所述圖像編碼表尾加入一個結束點。
2.如權利要求1所述的圖像編碼裝置，其特徵在於，所述圖像預處理單元將用其它顏色空間表示的圖像轉換為灰度等級表示的圖像，且每個像素的亮度值分為16個亮度等級並用二進位數4位表示。
3.如權利要求1所述的圖像編碼裝置，其特徵在於，定義一個像素的8鄰域為左上角為NW=O，左邊為W=I，左下角SW=2，下邊為S=3，右下角為SE=4，右邊為E=5，右上角為NE=6， 上邊為N=7，並規定所述搜索單元搜索時以NW所在像素為搜索第一點，逆時針搜索，當第一點不存在時按逆時針以下一點為第一點開始搜索，所述搜索單元根據所述8鄰域定義及搜索方向搜索連通域內是否存在有亮度的點，如果有，記錄第一個有亮度的點位置。
4.如權利要求1所述的圖像編碼裝置，其特徵在於，所述當前像素值採用8位記錄，其中包含1位顯示標誌位，3位位置位，4位亮度等級位，最高位為顯示標誌代表該像素是否要被顯示，第4至6位，共3位為位置標誌代表相對前一像素的位置，第0至3位為亮度位代表當前像素的亮度等級。
5.如權利要求1所述的圖像編碼裝置，其特徵在於，所述搜索單元將格式化處理過的像素值記錄下來，以當前像素為中心直到搜索完畢整幅圖像。
6.一種圖像編碼方法，其特徵在於，其包括以下步驟將原圖像轉換為黑色背景並有16個灰度等級的灰度圖像；搜索所述灰度圖像中的每一個連通域，即以當前像素為中心的8鄰域，每搜索到一個圖像前景像素時，記錄所述當前像素相對上一個像素的位置；根據所述當前像素的位置、灰度值以及顯示標誌格式化所述當前像素的數據以形成當前像素值；將所述當前像素值存入圖像編碼表；判斷所述灰度圖像是否搜索完畢，沒有則繼續搜索以所述當前像素為中心的下一個8 鄰域；根據所述原圖像的尺寸要求在所述圖像編碼表尾加入一個結束點。
7.如權利要求6所述的圖像編碼方法，其特徵在於，所述圖像編碼方法還包括以下步驟將用其它顏色空間表示的圖像轉換為灰度等級表示的圖像，且每個像素的亮度值分為 16個亮度等級並用二進位數4位表示。
8.如權利要求6所述的圖像編碼方法，其特徵在於，所述圖像編碼方法還包括以下步驟定義一個像素的8鄰域為左上角為爾=0，左邊為W=I，左下角SW=2，下邊為S=3，右下角為SE=4，右邊為E=5，右上角為NE=6，上邊為N=7，並規定搜索時以NW所在像素為搜索第一點，逆時針搜索，當第一點不存在時按逆時針以下一點為第一點開始搜索，根據所述8鄰域定義及搜索方向搜索連通域內是否存在有亮度的點，如果有，記錄第一個有亮度的點位置。
9.如權利要求6所述的圖像編碼方法，其特徵在於，所述當前像素值採用8位記錄，其中包含1位顯示標誌位，3位位置位，4位亮度等級位，最高位為顯示標誌代表該像素是否要被顯示，第4至6位，共3位為位置標誌代表相對前一像素的位置，第0至3位為亮度位代表當前像素的亮度等級。
10.如權利要求6所述的圖像編碼方法，其特徵在於，所述圖像編碼方法還包括以下步驟將格式化處理過的像素值記錄下來，以當前像素為中心直到搜索完畢整幅圖像。
全文摘要
本發明涉及一種圖像編碼方法，其包括以下步驟將原圖像轉換為黑色背景並有16個灰度等級的灰度圖像；搜索灰度圖像中的每個連通域，每搜索到一個圖像前景像素時，記錄當前像素相對上一個像素的位置；根據當前像素的位置、灰度值以及顯示標誌格式化當前像素的數據以形成當前像素值；將當前像素值存入圖像編碼表；判斷灰度圖像是否搜索完畢，沒有則繼續搜索以當前像素為中心的下一個8鄰域；根據原圖像的尺寸要求在圖像編碼表尾加入結束點。所述圖像編碼方法，通過一次有效像素8鄰域圖像掃描及格式轉換就可以完成圖像的編碼工作，根據圖像編碼快速重構出圖像，簡單易實現，佔用存儲空間少。本發明還涉及應用所述圖像編碼方法的圖像編碼裝置。
文檔編號H04N7/26GK102291583SQ20111029276
公開日2011年12月21日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者康濤, 武維生, 沈成, 塗娟, 肖利峰 申請人:中航華東光電有限公司