CN110896487B

CN110896487B - 压缩图像数据的方法

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Publication number: CN110896487B
Application number: CN201910868176.1A
Authority: CN
Inventors: F·鲍尔; K·亚伯拉罕; P·盖斯勒
Original assignee: Arnold and Richter Cine Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Arnold and Richter Cine Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2023-10-13
Anticipated expiration: 2039-09-12
Also published as: CN110896487A; US20200084442A1; EP3624455A1; US11146787B2; DE102018122295A1

Abstract

描述了一种压缩图像数据的方法，该图像数据包括与对应像素相关联的多个像素值，其中，针对至少一些像素根据如下步骤压缩像素值：根据预定分组方案使对应像素与多个像素组中的一组相关联，所述多个像素组中的每组由多个预定像素队列的像素或多个预定像素队列的像素子集限定；根据至少一个预定的其它像素的像素值、同时使用至少一个评估规则确定对应像素的评估像素值，所述至少一个预定的其它像素根据对应像素的像素组来选择；形成该对应像素的与该对应像素的像素值与评估像素值之间的预定关系对应的差值；以及使用编码方法编码该差值。

Description

压缩图像数据的方法

技术领域

本发明涉及一种压缩图像数据的方法，该图像数据包括与对应像素相关联的多个像素值。

背景技术

这类图像数据通常在电子照相机、尤其在数字电影摄影机(摄像机)中通过图像传感器来生成。图像传感器通常包括按行列布置且对应于各自像素(图像元素)的多个光敏传感元件。传感元件生成取决于入射光的对应于各自亮度值的电信号。传感元件可以设有滤色器阵列，使得每个亮度值与颜色通道(尤其红色、绿色和蓝色)相关联。出于该目的，已知所谓的贝尔(Bayer)阵列，其中，分别以有规律的布置方式提供一个红色滤光元件、两个绿色滤光元件和一个蓝色滤光元件。然而，通常也可以考虑单色图像传感器和具有不同地形成的像素的图像传感器，尤其具有多个颜色通道的传感器，例如RGB-W传感器或RGB-IR传感器。

在目前的照相机中，随着空间分辨率的提高，即随着每张图像的像素数的增加，图像数据的容量大幅提高。因此使用压缩方法压缩照相机中生成的图像数据并将其写入照相机的存储器或将其以压缩形式输出到外部存储器。之后又可以对压缩的图像数据进行解压。对此已知无损压缩方法和有损压缩方法。就像每个数据压缩应用那样，图像数据压缩基于将原始数据(即像素值)改变为需要较少存储空间的完全可重构形式(无损)或将原始数据改变为固然同样需要很少存储空间但不包括所有数据的可部分重构形式(有损)。在有损压缩中，数据因此被去除；然而，数据的损失实际上应当是不可察觉的。图像数据压缩尤其可以包括预测法和熵编码法。另外，可以提供预处理步骤，这些预处理步骤尤其可以为有损的且因此可以整体提供有损压缩(即使预测法和熵编码法的所述组合为无损的)。

此外已知的是在频率空间中变换图像数据(例如，通过根据JPEG的离散余弦变换或借助根据JPEG 2000的小波分析)，其中通过分别描述具体频率的振幅的系数来进行在频率空间中的表示。为了压缩数据，根据频率量化这些系数，其中，不精确地传输或丢弃对应于高频的系数。由此去除精频和射频结构。以该方式压缩的图像因此通常具有非常平滑的、淡白的且略微模糊的图像印象。在压缩中出现的图像误差难以预测且此外不局限于个体像素，而是作为附加结构(所谓的伪像)出现。另外，变换到频率空间中与高计算工作量相关联，使得诸如电影摄影机所需的快速实现与相应地高的技术工作量相关联。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现解压图像的良好质量且避免形成伴随高压缩系数的伪像的更快速的压缩方法。该压缩方法优选地也应当是无损的。

该目的通过具有权利要求1的特征的方法来满足。

下文中所描述的方法适合于压缩图像数据，该图像数据包括与多个像素中的对应像素相关联的多个像素值。像素在此设置成行和列的排列，每行或每列对应于具有预定的像素顺序的像素队列。像素队列可以被称为线性像素组，即像素沿着线条的(线性)排列。目前的数字图像传感器通常具有以行和列排列的像素。将通过在此所描述的方法压缩的图像数据因此尤其可以由目前的图像传感器生成。

所述方法规定针对至少一些像素根据如下步骤压缩所述像素值：

-根据预定分组方案使所述对应像素与多个像素组中的一组相关联，所述多个像素组中的每组由多个预定像素队列的所述像素或多个预定像素队列的像素子集限定；

-根据至少一个预定的其它像素的所述像素值、同时使用至少一个评估规则确定所述对应像素的评估像素值，所述至少一个预定的其它像素根据所述对应像素的所述像素组来选择；

-形成所述对应像素的与所述对应像素的所述像素值与所述评估像素值之间的预定关系对应的差值；以及

-使用编码方法编码所述差值。

总之，首先根据对应像素的对应组从属关系将像素值转换为差值，然后分别编码所述差值。像素值的压缩因此根据对应像素组进行。每个像素组基于多个预定像素队列来限定，即，像素组由像素队列中的指定排列支持。像素组在这方面可以包括对应像素队列的至少一些像素、即像素子集(尤其包括多个预定像素队列中的每一者的至少一些像素)。像素组因此可以是对来自多个预定像素队列的像素的预定选择，即像素组可以由源自于多个像素队列的预定像素组成。用于关联对应像素的分组方案可以针对每个像素组包括属于对应像素组的那些像素的位置信息。根据该分组方案，对应像素可以与具有该对应像素的位置信息(例如行列索引)的该像素组相关联。

基于像素队列对像素进行分组及按照组进行的像素处理允许压缩过程的大幅加速，尤其但非排它地在使用特别适合于快速并行处理数据的图形处理器时。另一方面，该方法还允许显著降低与确定评估像素值相关联的噪声，由此可以更有效地进行编码，如将在下文中更详细地阐述。该方法基于如下认识：像素值一定能够以***方式彼此不同并且还能够在确定评估像素值时至少***地使用这些差值来更有效地进行图像数据的压缩。在确定评估像素值的过程中已经有利地利用了像素值之间的差值。在提高效率的意义上，后续编码同样从中获益。

评估像素值的确定优选地通过所谓的预测过程进行，在该预测过程中，对应像素值例如通过对预定的其它像素值的加权线性组合(或非线性组合)来评估或预测(评估规则)。因此差值对应于评估误差或预测误差，该评估误差或预测误差通常大幅小于基础像素值。与像素值的分布相比，由此产生差值朝向更低值的分布的位移和/或变形，即，从统计学的角度，差值小于基础像素值，该效应能够独立于正规的值范围。由于变化的分布，因此可以有利地通过数量更少的比特对差值进行二进制编码(尤其通过熵编码法)，从而可以对图像数据进行整体编码且由此可以通过数量更少的比特压缩图像数据。

分组方案优选地为预定的且最终限定将哪个或哪些像素用于评估对应像素。分组方案限定对评估像素值的确定产生影响的像素的分类或细分。分组方案在这方面可以适用于像素的统计数据或另一属性，从而可以从压缩方法的最大效率的意义上理想地评估对应像素组(或像素类)的各个像素。除了像素的统计数据外，还可以将待用于评估的像素的位置考虑在内，使得压缩可以通过并行处理特别快速地进行。因此该方法从高压缩系数和高可实现压缩速度的意义上具有优势。同时，该方法允许无损压缩，避免形成伪影。换言之，该方法的优势是不以所重构的图像数据的图像质量为代价。

用于确定评估像素值的至少一个预定的其它像素可以总是针对对应像素组的每个像素而选择相同的，或可以针对对应像素组的每个像素而选择基本相同的(例如行列排列的边缘除外)。

在本公开内，术语“预定顺序”通常被理解为通常可按需选择的限定顺序。该顺序可以对应于根据像素队列的像素升序。然而，它也可以按完全不同的方式来定义。预定顺序此外可以由像素值的“读取方向”和/或由统一的像素索引来限定。然而，该顺序也可以完全独立于像素值的读取顺序或读取方向而固定。

对应图像数据集(例如可以对应于图像序列的个体图像)的所有像素值通常不必都按照根据本发明的方法来压缩，而是也可以仅针对一些像素值执行根据本发明的方法。在压缩之前例如可以是对图像数据的分析，其中，作为分析的结果，将第一压缩方法(尤其根据本发明的方法)用于一些(可变的或预定的)图像区域，且将不同于第一压缩方法的第二压缩方法用于其它图像区域，尤其从而以更高的处理工作量和/或更差的可并行性为代价实现更大的压缩率和/或更小的存储需求。

本发明通常也不局限于像素值的具体压缩顺序或关联像素的具体排列顺序。

在本发明的框架内也未排除：在生成原始图像数据(例如通过图像传感器)之后且在压缩像素值之前进行处理步骤(例如量化、线性化、伽玛曲线)。

在从属权利要求中、在说明书中和在附图中公开了有利的实施方式。

根据一实施方式，图像数据包括不同颜色的像素值，对应像素的像素值和至少一个预定的其它像素的像素值对应于相同颜色。换言之，仅将相同颜色的像素值用于评估对应像素值。压缩由此很容易为可并行的，一方面例如条件是该图像数据由具有多个滤色器的图像传感器(例如贝尔传感器)生成。此外，像素值相对于其统计数据(像素值的分布)在多种颜色之间不同。可以有利地通过分组方案将这点考虑在内，在该分组方案中，多个像素组中的每个像素组分别仅具有一种颜色的像素。

多个像素组可以至少包括一个第一像素组和一个第二像素组，其中，当对应像素与第一像素组相关联时，该对应像素和至少一个预定的其它像素可以属于相同的像素队列。此外，当对应像素与第二像素组相关联时，评估像素值的确定可以根据属于与该对应像素相同的像素队列和/或属于至少一个其它像素队列的多个预定的其它像素而进行。像素组的这类定义进而带来有效的可并行性方面的优势。一方面，第一像素组的像素可独立于其它像素队列而进行压缩。另一方面，第二像素组的像素可根据其它像素队列的像素而进行压缩，由此尤其可以实现像素值的更准确评估。在这点上，其它像素可以有利地属于第一像素组以更进一步提高压缩效率。将像素划分为第一像素组和第二像素组允许在评估准确度和压缩速度之间实现理想的平衡。

包括用于评估第二像素组的像素值的至少一个像素的至少一个其它像素队列可以与对应像素的像素队列直接邻近或间接邻近。至少一个其它像素队列可以与对应像素的像素队列间隔开尤其一个像素队列，即，其它像素队列为再下一个像素队列且因此与对应像素的像素队列间接邻近。可以进行如下规定：当对应像素与第二像素组相关联时，多个预定的其它像素包括属于与该对应像素相同的像素队列的至少一个像素且还包括属于下一个间接相邻的像素队列的多个像素。像素的这种选择可以为排它性的，即，另一像素队列的预定的其它像素可以排它性地来源于间接相邻的像素队列，这些像素队列与对应像素的像素队列最大间隔开一个像素队列。然后可以将来自直接相邻的像素队列的像素例如用于评估像素值，这些像素值的像素固然在相同像素队列中，但是属于不同像素组，尤其属于在下文中命名的第三像素组。

根据另一实施方式，当对应像素与第二像素组相关联时，至少一个评估规则规定基于多个预定的其它像素的像素值形成加权和。在这点上，各个像素值设有权重且被求和。权重可以彼此不同且可以为预定的。此外，权重可以为固定的，使得通过形成总和来减小像素值中包含的噪声(例如传感器噪声)。出于该目的，加权和可以有利地由多个预定的其它像素的像素值的平均值形成。在该情况下下优选的是：权重由总和对应于预定值(尤其值1)的多个分数形成，而与权重的数量无关。例如近似对应于正态分布或高斯分布的噪声可以按这种方式达到平衡，而无需由此歪曲像素值。由此可以有效地提高评估准确度，使得整体上更少的比特必须用来编码多个差值。

根据另一实施方式，至少一个评估规则针对第一像素组的像素的情况进行如下规定：基于在对应像素的像素队列内根据预定顺序位于该对应像素的位置之前的像素的像素值确定该评估像素值。由此使该方法的特别有效的实现成为可能，这是因为至少一个预定的其它像素相对于该对应像素仅在一个方向上。换言之，“预测器只需要查看一个方向”。此外优选的是，在第一像素组的像素的情况下，使用仅单一像素来确定评估值，这是因为在该像素队列内的其它像素已经相对较远离对应像素且因此在特定情况下无法给予任何真实贡献。对评估像素值的确定此外可以特别有效地进行，这是因为使用单个预定的其它像素的像素值作为评估值。如在第二像素组的像素的情况下可能的平均值形成可以因此完全被省掉，有利于特别有效的评估。

图像数据可以包括第一颜色(例如红色)的像素值、第二颜色(例如绿色)的像素值、和第三颜色(例如蓝色)的像素值，其中，对于对应的图像数据集，第二颜色的像素值的数量大于第一颜色的像素值的数量且大于第三颜色的像素值的数量。这类不均匀的数量比尤其存在于使用贝尔传感器时，其中，绿色像素的数量是红色像素的数量和蓝色像素的数量的两倍高。然而，其它传感器也是可行的，其像素值具有不同颜色和对应像素值之间的不同关系。

尤其在至少三个不同颜色通道的情况下，多个像素组可以包括由多个预定像素队列的像素子集(“第三组子集”)形成的第三像素组，其中，该第三像素组的像素值包括第二颜色的像素值的第一部分，且第一像素组的像素值和第二像素组的像素值包括第二颜色的像素值的第二部分、以及第一颜色的像素值和第三颜色的像素值。换言之，数量分别超过其它颜色的像素值的一种颜色的像素值可以被划分在两个像素组上。特别地，第三像素组可以仅包括第二颜色的像素值。“过量”像素的划分可以有利地用于更进一步提高压缩效率。因此可以例如将第三像素组的像素分布在其它像素组上以减小噪声，并且从快速压缩速度的意义上，可以将该颜色的其它像素分布在其它像素组上。

如果对应像素与第三像素组相关联，则优选地根据多个预定的其它像素进行评估像素值的确定。这些预定的其它像素优选地、尤其排他性地属于与该对应像素的像素队列直接邻近的至少一个像素队列。在这点上还可能的是，多个预定的其它像素尤其排他性地包括来自两个直接相邻的像素队列的像素。此外，至少一个评估规则还可以规定，在第三像素组的像素的情况下，基于多个预定的其它像素的像素值形成加权和。为了减小噪声，可以按类似于或对应于第二像素组的像素的情况的方式将该加权和配置为平均值。

根据优选实施方式，在像素排列中的第一像素组和第二像素组的预定像素队列限定成交替地成对，即，第一像素组的两个像素队列之后是第二像素组的两个像素队列，反之亦然。在这点上优选的是，当对应像素与第二像素组相关联时，属于不同的像素队列的多个预定的其它像素优选排他性地属于第一像素组。用于第二像素组的像素的评估像素值的确定因此可以对于置于对应像素队列之外的像素局限于第一像素组的像素。在该方法的有利实现中，可以至少部分地在压缩第二像素组的像素后压缩第一像素组的像素。

应当理解，可以在行列排列的边缘进行调整，且所述调整尤其可以包括偏离规定分组方案。因此可以按与像素队列的成对交替分组不同的方式进行如下规定：最后四个像素队列不包括第二像素组的任何像素。此外，不同于特定像素队列包括第三像素组的像素的情况，可以进行如下规定：最后四个像素队列不包括第三像素组的任何像素且特别地仅包括第一像素组的像素。也可以提供不同的或附加的调整。

如果对应像素与第二像素组相关联时，则可能的是，多个预定的其它像素中的至少一者属于与该对应像素相同的像素队列且在对应像素的像素队列内根据预定顺序位于该对应像素的位置之前。

可以至少部分地对不同像素队列之间的像素的像素值进行并行压缩以提高压缩效率。还可能的是，在多个像素组之间至少部分地对属于相同像素队列的像素的像素值进行并行压缩。此外，可以至少部分地对属于相同像素组且属于相同像素队列的像素的像素值按像素队列的递升顺序进行压缩。此外，多个像素组中的一组的像素的像素值在多个像素组中的另一组的像素的像素值之前被压缩。例如，有利地在第二像素组的像素值之后压缩第一像素组的像素值，尤其在固然使用第一像素组的像素值确定第二像素组的评估像素值时，但反之则不然。

可以将多个预定像素队列的像素划分为横跨像素队列的多个像素带以进一步提高压缩效率，其中，至少部分地对像素带之间的像素的像素值进行并行压缩。由此可以增加将并行执行的“流”的数量，从而可以整体上更快地执行该方法。像素带优选地分别包括相同数量的像素队列。

通常可能的是，在针对至少一些像素中的多个像素进行确定对应像素的评估像素值的对应步骤之前，针对该多个像素共同地进行使对应像素与多个像素组中的一组相关联的对应步骤。可替选地，可以针对至少一些像素中的各个像素单独地进行使对应像素与多个像素组中的一组相关联的步骤。在这点上还可能的是，同时执行使对应像素与多个像素组中的一组相关联的步骤和确定对应像素的评估像素值的步骤。换言之，可以将关联步骤整合在评估步骤中，使得用于确定评估像素值的预定像素直接源自于对应像素的位置。因此对应像素的组从属关系可以直接源自于对应像素的位置。然而，不一定必须如此。例如，预定分组方案可以包括用于将像素关联到对应像素组中的不同标准或附加标准。

根据优选实施方式，多个预定像素组排他性地对应于列。这进而带来压缩速度方面的优势，因为经常提供多于行的列。优选地所有像素组都由对应于列的像素队列支持。

通常可以使用任何期望的编码方法(尤其熵编码法)来编码差值。然而已经发现，对于本文所描述的压缩方法，可以特别有利地根据戈洛姆-赖斯(Golomb-Rice)编码过程编码差值，该戈洛姆-赖斯编码过程本身属于公知技术常识。此处的戈洛姆-赖斯编码过程提供了可实现的速度和可实现的平均压缩系数之间的良好均衡。

代替戈洛姆-赖斯编码过程，尤其可以使用基于预定块长度的编码过程，即，可以通过一个或多个第二二进制字编码由具有可变长度的第一二进制字表示的对应差值，每个第二二进制字具有预定的且尤其固定的长度。因此可以在编码方面特别有效地执行压缩方法。

可以优选地配置戈洛姆-赖斯编码法，使得待编码的差值除以编码参数以确定整数商和余数，其中，该余数由第一二进制字表示且该整数商由第二二进制字表示，第一二进制字和第二二进制字彼此连结。在这点上可以进行如下规定：当整数商和编码参数之间的预定关系不违背预定边缘条件时，将连结的二进制字与编码信息位连结以指示连结的二进制字的末端，否则不将连结的二进制字与编码信息位连结。在这点上使用如下信息：由于预定义的表示像素值的最大数量的比特，因此像素值可以仅采用高达最大值的值。可以同样地配置评估规则，使得差值也可以不是大于该最大值的任何值。最大长度来源于此，即连结的二进制字的最大数量的比特。如果连结的二进制字具有最大长度，则该二进制字的末端不必由编码信息位指示，从而可以节省该编码信息位，有利于更好的压缩率。

本发明还涉及一种包括命令的计算机程序产品，所述命令在由计算机的程序执行时使得该计算机执行根据本文所描述的任一实施方式的方法。该计算机程序产品可以包括软件或可以配置为软件，其中，该软件能够为固件，即嵌入式软件。

本发明的另一主题为包括命令的计算机可读存储介质，所述命令在由计算机执行时使得该计算机执行根据本文所描述的任一实施方式的方法。

本发明此外还涉及一种装置，该装置包括上述计算机可读存储介质和计算设备，其中，该计算设备用于执行存储在该存储介质上的命令。为了特别有效地执行命令，优选的是该计算设备具有至少一个图形处理器和/或连接到至少一个图形处理器，尤其用于执行命令或根据命令操作计算设备。此外，所述命令通常可以由现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)来实现。然而应当理解，计算设备不一定必须具有这些部件且另外也可以有效地执行该方法。

该装置通常可以配置成记录帧的时序。该装置尤其可以为电影摄影机或动画摄影机。该装置的计算设备优选地配置成根据上述压缩方法压缩至少一帧。这尤其在电影摄影机上也可以为有利的，其中，能够以压缩形式传输图像数据。一方面，在这点上传输(快速传输)所需的带宽很小，但是另一方面，存储图像数据所需的存储空间也很小。例如，可以很容易将压缩的图像数据发送到远程服务器，在该远程服务器上已安装用于图像数据的虚拟云。由于本文所描述的方法，甚至有可能实时地压缩或解压，从而例如可以在记录之后直接压缩多帧并将其发送到远程位置。

该方法通常也可以在另一装置中(例如在数码显微镜中)实现，该数码显微镜尤其可以被用在医学领域中，例如用于执行手术。

附图说明

在下文中将参照附图、仅通过示例方式描述本发明，其中：

图1示出具有三种不同颜色的像素的示意性像素排列，其中，根据分组方案，每个像素与三个不同像素组中的一组相关联；

图2示出确定第一像素组的像素的评估像素值；

图3示出确定第二像素组的像素的评估像素值；

图4示出确定第三像素组的像素的评估像素值。

具体实施方式

在下文中，相同的或彼此对应的元件用相同的附图标记来标记，除非在元件的具体示例之间需要特殊区分。

图1示出图像数据集10，该图像数据集10包括多个像素队列中的像素12排列。每行16和每列14对应于一个像素队列，其中，图1中的图像数据集10包括8个行16和16个列14。每个像素队列由像素12根据预定顺序R的线性排列组成，该顺序R针对列14而输入到图1中的图像数据集10的左侧。

图像数据集10的像素12包括按照由块18组成的所谓的贝尔阵列布置的红色像素R、绿色像素G和蓝色像素B。每列14中总是存在绿色像素G，但是附加地仅存在红色像素或仅存在蓝色像素。除了上面两行16以外，根据预定分组方案，每个像素12与三个像素组中的一组相关联(像素12')。针对每个像素12'，用括号指示对应像素组，例如，G(1)意味着对应的绿色像素G与第一像素组相关联。相应地，R(2)例如意味着对应的红色像素R与第二像素组相关联。因此也应理解，G(3)例如意味着对应的绿色像素G与第三像素组相关联。如在图1中可认识到，分组方案规定每个像素组包括预定列14的像素12'。针对两个第一像素组交替地成对限定这些预定列14。为了说明，包括第一像素组“(1)”的像素12'、但不包括第二像素组“(2)”的像素12'的那些列14用“u”标记，这些列14被称为独立列u。与此相反，包括第二像素组“(2)”的像素12'、但不包括第一像素组“(1)”的像素12'的那些列14用“a”标记，这些列14被称为从属列a。在图1中可以很容易识别从属列a和独立列u的成对交替的布置方式，其中，在右外侧列14的区域中达到这个程度的调整包括固定这两个外侧列14作为独立列u。通常可以根据列索引i＝{0，1，2，…，16}确定像素12'与对应列组(a或u)的从属关系，其中将i对4的取模运算结果与值2相比较。如果该结果小于2，则像素12'在从属列a中，否则在独立列u中(在右外列14中除外)。

属于第三像素组“(3)”的绿色像素G，即像素G(3)分别独立于划分为从属列a和独立列u而由对应块18的上部绿色像素G限定(参照图1)。此处在左外侧列14'中也存在例外，其中，对应绿色像素G与第一像素组相关联。

现在压缩与对应像素组相关联的那些像素12'，即除了前两行16之外的所有行16。出于该目的，针对对应像素12'确定评估像素值，其中，使用至少一个预定的其它像素12、12'的像素值。针对第一像素组(R(1)、G(1)、B(1))的像素12'，评估像素值对应于根据对应列14的预定顺序R位于对应像素12'之前且具有相同颜色的该像素12、12'的像素值。这在图2中示出，其中，针对对应像素12'使用与对应像素12”间隔行16或一个像素的在先像素12”。该对应像素12'可以为图1的与第一像素组“(1)”相关联的任一像素12'。图2的像素12'的评估像素值因此为像素12”的像素值。然后形成这些像素值之间的差值，该差值可以由下式表达：

D1(X,Y)＝W(X,Y)-W(X,Y-2)，

其中，X为行索引且Y为列索引。

针对与第二像素组(R(2)、G(2)、B(2))相关联的像素12'，使用附加像素确定评估像素值。这在图3中示出。从对应像素12'开始，一方面，使用布置在与对应像素12'相同的列14中并且类似于图2的情况根据顺序R位于对应像素12'之前的像素12”。另一方面，使用布置在两个间接相邻的列14”中且具有与对应像素12'相同的颜色(参照图1)的两个对应像素22。对应像素12'的评估像素值被确定为像素12'和像素22的像素值的平均值。然后再次形成对应像素12'与预定的其它像素12”、22的像素值之间的差值。该差值可以由下式表达：

D2(X,Y)＝W(X,Y)–(2*W(X,Y-2)+2*W(X-2,Y)+2*W(X+2,Y)+W(X+2,Y+2)+W(X-2,Y-2))/8

其中，“*”代表乘法且“/”代表除法。它来源于用于差值的如下准则：相比于斜对远程的且因此更加远程的像素(下面两个像素22)，对图3中较靠近的像素(上面三个像素12”、22)的像素值加权更多。特别地通过平均值形成来减小每个像素值中存在的传感器噪声。

针对与第三像素组相关联的像素12'(G(3))，使用相同颜色的最靠近的像素24来确定评估像素值，这些像素24在图1的贝尔阵列中均斜对地位于两个直接相邻的列14中。这在图4中示出。接着对这些直接相邻的像素24的像素值求平均，以获得对应像素12'的评估像素值。针对对应像素12'，可以通过如下公式给出差值：

D3(X,Y)＝W(X,Y)–(W(X-1,Y-1)+W(X-1,Y+1)+W(X+1,Y-1)+W(X+1,Y+1))/4

特别地，差值也可以为负。在编码对应差值之前，可以根据预定变换规则将差值映射到仅具有正值的值范围(包括零)。该变换规则可以适用于该目的，使得将对应的负差值映射到奇数值(例如通过D*2-1)。与此相反，可以将对应的正差值映射到偶数值(例如通过D*2)。

在下文中将描述可用于编码对应差值D(尤其D1、D2和D3)的戈洛姆-赖斯编码过程。将也可以被称为控制参数的预定义参数k用于进行编码。首先计算A＝D％2^k以供编码，其中，“％”代表模运算。因此A对应于由具有k个比特的第一二进制字表示的余数。如果A的二进制形式包括少于k个比特，则用0值比特进行填补。

此外，B＝D/2^k被计算为整数商(即，没有余数)，其中，B由包括对应于值B的多个1值比特的第二二进制字表示。

在第一示例中，应当编码差值D＝61，其中，k＝6，该差值以二进制形式对应于二进制字111101。上述计算在该情况下具有A＝61的结果且由第一二进制字111101表示。整数商在此等于零(B＝0)，从而第二二进制字不包括任何比特。然后使第一二进制字和第二二进制字在形式上彼此连结且与零值编码信息位连结，从而形成如下二进制字：1111010。

在第二示例中，应当编码差值D＝133，其中，k＝6，该差值以二进制形式对应于二进制字10000101。在该情况下，A＝5，从而第一二进制字为000101。此外，B＝2，从而000101110形成为包括编码信息位的连结二进制字。

图像数据的像素值和差值可以局限于0与预定最大值MAXVAL之间的值。根据参数k，因此可以限定边缘条件，使得(B+1)*2^k通常小于MAXVAL。如果(B+1)*2^k大于或等于MAXVAL，则这暗示导致对应连结的二进制字必须结束且可以省掉编码信息位。在另一示例中，k＝10，D＝3643，这导致A＝571且第一二进制字相应地为111000111011，其中，B＝3。于是连结二进制字为1000111011111。

可以将对应的连结二进制字均写入到比特流，该比特流连同头文件一起表示压缩的图像数据。

附图标记列表

10 图像数据集

12，12'，12” 像素

14，14' 列

16 行

18 块

22 像素

24 像素

G 绿色像素

R 红色像素

B 蓝色像素

R 预定顺序。

Claims

1.一种压缩图像数据的方法，所述图像数据包括与多个像素中的对应像素相关联的多个像素值，其中，所述像素设置成行和列的排列，每行或每列对应于具有预定顺序的像素队列，

其中，根据如下步骤编码用于所述多个像素中的至少一些像素的所述像素值：

-使用编码过程编码所述差值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述图像数据包括不同颜色的像素值；并且

所述对应像素的所述像素值和所述至少一个预定的其它像素的所述像素值对应于相同颜色。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，

所述多个像素组至少包括一个第一像素组和一个第二像素组；

当所述对应像素与所述第一像素组相关联时，所述对应像素和所述至少一个预定的其它像素属于相同的像素队列；并且

当所述对应像素与所述第二像素组相关联时，根据如下项中的至少一者进行确定评估像素值的步骤：

-属于与所述对应像素相同的像素队列的多个预定的其它像素，和

-属于除了所述对应像素的像素队列以外的至少一个其它像素队列的多个预定的其它像素。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，

所述至少一个其它像素队列与所述对应像素的所述像素队列直接邻近或间接邻近。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，

所述至少一个其它像素队列与所述对应像素的所述像素队列按像素队列间隔开。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，

当所述对应像素与所述第二像素组相关联时，所述至少一个评估规则规定基于所述多个预定的其它像素的所述像素值形成加权和。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，

所述加权和由所述多个预定的其它像素的所述像素值的平均值形成。

8.根据权利要求3所述的方法，其中，

当所述对应像素与所述第一像素组相关联时，所述至少一个评估规则规定基于在所述对应像素的所述像素队列内根据所述预定顺序位于所述对应像素的位置之前的像素的像素值确定所述评估像素值。

9.根据权利要求3所述的方法，其中，

所述图像数据包括第一颜色的像素值、第二颜色的像素值和第三颜色的像素值；

用于对应图像数据的所述第二颜色的像素值的数量大于所述第一颜色的像素值的数量且大于所述第三颜色的像素值的数量；

所述多个像素组包括由所述多个预定像素队列的像素子集形成的第三像素组；并且

所述第三像素组的所述像素值包括所述第二颜色的所述像素值的第一部分，且所述第一像素组的所述像素值和所述第二像素组的所述像素值包括所述第二颜色的所述像素值的第二部分、以及所述第一颜色的像素值和所述第三颜色的像素值。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，

当所述对应像素与所述第三像素组相关联时，根据属于与所述对应像素的所述像素队列直接邻近的至少一个像素队列的多个预定的其它像素进行确定评估像素值的步骤。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，

所述多个预定的其它像素包括来自与所述对应像素的所述像素队列直接邻近的两个像素队列的像素。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，

所述至少一个评估规则规定基于所述多个预定的其它像素的所述像素值形成加权和。

13.根据权利要求3所述的方法，其中，

所述第一像素组的所述预定像素队列和所述第二像素组的所述预定像素队列在像素的所述排列中限定为交替地成对；并且

当所述对应像素与所述第二像素组相关联时，属于另一像素队列的所述多个预定的其它像素属于所述第一像素组。

14.根据权利要求3所述的方法，其中，

当所述对应像素与所述第二像素组相关联时，所述多个预定的其它像素中的至少一者属于与所述对应像素相同的像素队列且在所述对应像素的所述像素队列内根据所述预定顺序位于所述对应像素的位置之前。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，

至少部分地对不同像素队列之间的像素的所述像素值进行并行压缩。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，

在所述多个像素组之间至少部分地对属于相同像素队列的像素的所述像素值进行并行压缩。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，

至少部分地对属于相同像素组且属于相同像素队列的像素的所述像素值按所述像素队列的所述预定顺序进行压缩。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述多个像素组中的一组的像素的所述像素值在所述多个像素组中的另一组的像素的所述像素值之前被压缩。

19.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述多个预定像素队列的所述像素被划分为横跨所述像素队列的多个像素带，其中至少部分地对所述像素带之间的像素的所述像素值进行并行压缩。

20.根据权利要求1所述的方法，其中，

在针对所述至少一些像素中的多个像素进行确定所述对应像素的评估像素值的对应步骤之前，针对多个像素共同地进行使所述对应像素与多个像素组中的一组相关联的对应步骤；或

针对所述至少一些像素中的每一个单独地进行使所述对应像素与多个像素组中的一组相关联的步骤。

21.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述多个预定像素组唯一地对应于列。

22.根据权利要求1所述的方法，其中，

根据戈洛姆-赖斯(Golomb-Rice)编码过程编码所述差值。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，

待编码的差值除以编码参数以确定整数商和余数，其中，所述余数由第一二进制字表示且所述整数商由第二二进制字表示，且所述第一二进制字和所述第二二进制字彼此连结；并且

当所述整数商和所述编码参数之间的预定关系不违背预定边缘条件时，将所连结的二进制字与编码信息位连结以指示所连结的二进制字的末端，否则不将所连结的二进制字与所述编码信息位连结。

24.一种包括命令的计算机可读存储介质，所述命令在由计算机执行时使得所述计算机执行根据权利要求1所述的方法。

25.一种具有根据权利要求24所述的计算机可读存储介质且具有计算设备的装置，其中，所述计算设备用于执行存储在所述存储介质上的软件。

26.根据权利要求25所述的装置，其中，

所述计算设备具有至少一个图形处理器和/或连接到至少一个图形处理器。

27.一种电影摄影机，所述电影摄影机配置成记录帧的时序且根据权利要求1所述的方法压缩所述帧中的至少一个帧。