TW517500B - Contrast sensitive variance based adaptive block size DCT image compression - Google Patents

Description

517500 五、發明說明（1) 發明背景： I.發明領域： 本發明係有關影像處理。更具體而言，本發明 一 種採用編碼後離散餘弦變換係數資料的適應性 ^ α關一 子區塊的影像信號之壓縮架構。 、區塊及 I I.相關技術說明： 在諸如用來放映”軟片”或"電影”的視頻信號 之領域中，正在對影像壓縮技術進行各種改良。=夕 及提議的視訊系統都利用數位編碼技術。 ° :現有 連結具有強韋…可抗拒對影像品質造成口： 有助於使用信號加密技•，而在政府及許 高解析度視訊是得益於改_ 甚或疋必要的。 於百度挺出日守，由於對頻寬的過产一确坺 訊的經由空中傳輸（甚或又 斤以兩解析度視 切實際的。目前設計好的_、’二v線或光纖傳輸）似乎是不 納足夠的頻寬。然而，及…、線或其他傳輸系統不易容 可到達一種利用合理的頻办了解、，對數位視頻信號的壓縮 種程度的信號壓縮再配合二:可進仃傳輸之程度。採用此 訊系統在對頻道的缺失有I狁的數位傳輸時，將可讓一視 行傳輸，同時將只佔用更I大的容忍性下以較少的功率進 可提供顯著的壓縮程度同t有用的頻寬。 水準之一種壓縮技術$ ¥亚保有視頻信號的所需品質 、、扁碍後離散餘弦變換（Dlscrete

517500 五、發明說明（2) C 〇 s i n e T r a n s f 0 r m ;簡稱D C T )係數資料的適應性尺寸區塊 及子區塊。後文中將此種技術稱為適應性區塊尺寸差動式 餘弦變換（Adaptive Block Size Differential Cosine Transform ;簡稱ABSDCT)風法。該技術係揭示於美國專 利5,021,891 Adaptive Block Size Image Compression Method And System1’ ，該專利係讓渡給本發明之受讓人， 本發明特此引用該專利以供參照。DCT技術亦揭示於美國 專利 5，107，345 n Adaptive Block Size Image Compression Method And System11，該專利係讓渡給本發 明之受讓人，本發明特此引用該專利以供參照。此外，使 用该A B S D C T技術並配合一種差動式四分支樹系變換技術 係述於美國專利5，452，104 n Adaptive Block Size Image

Compression Method And System”，該專利亦係讓渡給本 發明之受讓人，本發明特此引用該專利以供參照。這些專 利所揭示的系統採用一種被稱為π圖框内π ("intra-frame”）的編碼技術，其中係在不考慮任何其他 圖框的内谷之情形下將影像資料的每一圖框編碼。使用 ABSDCT技術時，可將所獲致的資料傳輸速率自大約每秒 億位元減少到大約每秒5千萬位元’，且不會對影像品質"^ 可識別的降低。 Λ 可利用該ABSDCT技術來壓縮黑白或彩色影像、或代表1 影像之信號。彩色輸入信號可採用γ丨Q格式，其中Y是^二 4x4區塊的像素之照度或亮度樣本，而！及<3是色訊或 樣本。亦可採用諸如YUV或RGB等的其他習知格式。 马眼

第6頁 517500 五、發明說明（3) 睛對彩色有較低的空間敏-性 沿著水平及垂直方向上二之所::大部分的研明 一個視頻信號。 ϋ又成刀及兩個色訊成分來代表 使用ABSDCT時，通當將一 此 辛，以俑私： 頻信號分成若干區塊的像 g 1 A ^、、，Μ ' 區鬼而3 ，係將該等亮度成分及 &況成分傳迗到一區塊交插哭 辛）的Γ"拂裎徂认γ r Α插σσ例如，可將一個1 6x1 6 (像 β ’而該區塊交插器排列或 Γ:-Λ的影像樣本，以便產生若干區塊及 該DCT算符是-種將時間抽樣 符弦义脚⑴刀析 2U!換成：頻率表示法，已證明觀技術 L田订Γ ㈤知度的壓縮’這是因為可設計量化器以便 利用-衫像的頻率分佈特性。在—較佳實施例巾，係將一 個16x16 DCT應用於一第一定序，將四個8χ8 DCT應用於一 第二定序，將16個4x4 DCT應用於一第三定序，將64個2乂2 DCTs應用於一第四定序。 该DCT運异減少了視訊源中固有的空間冗餘。在執行了 該DCT之後，大部分的視頻信號能量傾向集中於少數的dct 係數。可利用一種作為額外變換的差動式四分支樹系變換 (Differential Quad-Tree Transform ;簡稱 DQT)來減少 該等DCT係數間之冗餘。 彳夕 對於該16x16區塊及每一子區塊而言，分析該等…丁係數 值及DQ丁值（如果使用了DQT)，以便決定將區塊或子區塊編 517500 五、發明說明（4) 碼所需的位元數。然後選擇需要最少編碼位元數的區塊或 子區塊組合來代表影像分段。例如，可選擇兩個8 X 8 子 區塊、六個4 X 4子區塊、及八個2 X 2子區塊來代表該影像分 段。 然後按照順序將所選擇的區塊或子區塊組合適當地編排 到一16x16區塊中。該等DCT/DQT係數值然後可進行頻率加 權、置化、及編碼（例如可變長度編碼），以便準備傳輸。 雖然前文所述的A B S D C T技術可相當不錯地執行，但是今 技術需要相當繁複的計算。因此，以較精簡的硬體實=^ 種技術可能較為困難。因而需要一種可使硬體實施更有效 率j替代性技術。本發明將以下文所述之方式提供一種^ 什异上更有效率的影像壓縮方法及系統。 本發 區塊及 將一16 用以分 基於輸 變易數 塊的平 數較小 區塊的 的變易 值，則 資料的適應性尺寸 在一實施例中，係 >該編碼器包含， 該區塊尺寸指定係 。一般而言，將把 ，而若區塊及子區 則將不再分割變易 的平均值而利用該 值，然後將該區塊 變易數大於該臨界 明是一種採用離散餘弦變換係數 子區塊之影像壓縮系統及方法。 X 1 6區塊的像素輸入到一編碼器 割像素的輸入區塊，以便處理。 入區塊及再分割的區塊的變易數 幸父大的區域再分割為較小的區塊 均值係在不同的預定範圍之内， 的區域。因此，首先根據一區塊 標稱值修改該區塊之變易數臨界 數與一臨界值比較，而且如果該 再分割該區塊。

第8頁 5175〇〇 五、發明說明（5) __ 素ΐ U ::::!定提供給-變換單元，該變換單元將像 區塊及子巴=料。只針對經由區塊尺寸指定程序選出的 列化。例ί ϊ仃該變a。該變換資料然後進行量化及串 一資料漭。妙、二利用鋸齒形掃描將資料串列化，以便產生 而準備1行5輸可=二可變長度編碼器將該資料流編碼， 送到-解碼器:』而在：料經由-傳輸頻道而傳 便準備顯示。 …中重新建構該像素資料，： 若參照下文中之詳：二間述A 了解本發明的該等特徵况目月：配：各圖示，將可更清楚地 Φ，如η 又 目的、及優點 人α是地 圖1是二代二表：對應的部分，這些圖；ί所有的圖示 疋如用本發明的基於變易數 ΰ不有： 二之—影像處理系統之方塊圖尺寸指定系統及 圖2是涉及基於變易數的區塊尺 程圖；以及 寸扣疋的處理步驟之流 圖3 a、3 b、及3 c分別示出一-四分支樹系解才[及對應的出Ρ=ν；區塊尺寸指i對應的 為 車交佳實施例之詳細說明： 亚享有對應的效 為了使所產生的 質也是相當重要 為=助於以數位方式傳輸數位 須採用某種形式的信 〜像有車父向的解析度，維持 …/王王& 外，精簡型硬體實施例'需要有也是相當重， 卉夕應用上是相當重要的。 十斤上的效率，這4 517500 五、發明說明（6) ---- 所本發，提供了 一種於執行影像壓縮時同時考慮到影像品 質^計异效率的影像壓縮系統或裝置及方法。本發明之影 像=縮係基於離散餘弦變換（DCT )技術。一般而言，係由/ 被分成一非重疊區塊陣列且尺寸為ΝχΝ的像素資料構成要 在數位領域中處理的一影像。可針對每一區塊執行一個二 維DCT。係由下列的關係式界定該二維DCT : 雄，〇♦「迦，+丨 Λ=0 ί 2N J L^2N」，〇 认K"-i 其中 j um=〇 ίνι沔果h 〇 ，以及

x(m，η)是一俩ΝχΜ區塊内的像素位置（m，η)，以及 X(k，1)是對應的DCT係數。 因為像素值是非負值，所以DCT成分X ( 〇，〇 )必然是正 值’且通常具有最大的能量。事實上，對於典型的影像而 言’大部分的變換能量係集中在成分χ ( 〇，〇 )附近。此種能 量緊密特性使DCT技術成為一種有吸引力的壓縮方法。

本發明的影像壓縮技術採用對比適應性編碼，以便獲得 進一步的位元傳輸速率減少。已觀察到係由變化較緩慢的 平常區域以及諸如物體邊界及高對比材質等的高活動區域 構成大部分的自然影像。對比適應性編碼架構利用上述的 因素，而將較多的位元指定給高活動區域，並將較少的位 元指定給低活動區域。 對比適應性編碼亦用於降低大塊效應（b丨〇ck丨ng

第10頁 517500 五、發明說明（7) effect)。於實施其他的DCT編碼技術時，該大塊效應或許 是使影像品質降低的最重要因素。此外，影像的高活動區 域經常更能感受到該大塊效應。然而，我們當了解於使用 尺寸較小的DCT時大塊效應或減少。於使用2x2 DCT時，幾 乎感覺不到大塊效應，但是每一像素的位元效能可能會受 到影響。因此，對比適應性編碼可將較小的區塊尺寸（及 對應的較多位元）指定給南活動區域，並將較大的區塊尺 寸指定給較空的區域。 本發明的另一特徵在於採用替代圖框間編碼（時空處理） 的圖框内編碼（空間處理）。採用圖框内編碼的一個理由是 處理圖框間編碼信號所需的接收器之高複雜性。圖框間編 碼原本即需要多個圖框缓衝器以及複雜的處理電路。在 夕應用中’貝際的貫施例需要較低的複雜性。

採用圖 時空編碼 每秒有2 4 機械快門 發生較高 關聯性白勺 使用圖 流電源頻 50赫或6〇 編碼架構 交換空間 框内編 架構失 個圖框 所產生 程度的 假設不 框内編 率時較 赫下傳 B 夺，-口 解析度 碼的第二 敗且執行 的電影可 的完成時 時間假信 成立，這 碼的另一 難將時空 輪信號。 適應5 0赫 時還可適 個理由 不佳的 歸屬於 間較短 號。在 是因為 個理由 編碼架 使用作 或6 0赫 應每秒 情形或 此種類 。此種 迅速移 急速移 是當涉 構標準 為一種 的作業 有2 4個 節目素 別，這 較短的 動時圖 動的緣 及50赫 化。電 數位方 ，甚至 圖框的 有一種可使 材。例如， 疋因為由於 完成時間可 框與圖框間 故。 及6 0赫的交 視目前係^ 法的圖樞内 以圖框速率 電影。

517500 五、發明說明（8) 對於影像處理的用途而言，係針對被分成一非會# ^ 足資區炒

陣列的像素資料執行DCT運算。請注意，雖然本文中係ρ A

NxN的尺寸來討論區塊尺寸，但是我們當了解，亦i二 J J使用 各種的區塊尺寸。例如，可使用N X Μ的區塊尺寸，甘丄 具中Ν及 Μ都是整數，且Μ大於或小於Ν。另一個重要的面尚& 17马可將 該區塊分成至少一層的子區塊，例如N / i X N / i、ν / ΐ μ / . 1 X Ν / j 、 及Ν / i χ Μ / j等，其中i及j是整數。此外，本文所却认 α J响的例 示區塊尺寸是具有對應的DCΤ係數的區塊及子區塊之_ 1 6x 1 6像素區塊。我們又當了解，亦可使用諸如偶數 數整數值的各種其他整數，例如9x9。 3可 現在請參閱圖1，圖中示出設有本發明的壓縮系統之一 影像處理系統（1 〇 〇 )。影像處理系統（丨〇 〇 )包含一編碼之哭 (102)，用以壓縮所接收的一視頻信號。經由一 顆@曾 π04)而傳輸該經過壓縮的信號，並由一解碼器妾I收 ίϊΐί縮的信號°解碼器⑽）將所接收的信號解碼成 〜像樣本，然後可顯示該等影像樣本。 一般而言，係將一影像分成若干像素區。 可將一彩色信號自RGB空間轉換成Yc Γ * „ 乂便處理 或冗度成分，而c丨及c?是色吼式％ & # \ ; 洛亡私k L 1 2巴或衫色成分。因為眼睛對彩 色有較低的空間敏感性，所以許多季 上以四分之-的比率對C及Γ丄糸統在水平及垂直方向 日J t匕手對h及<:2成分進行再 種再ϋ样丁 β 、，不H , 丹柚樣。然而’此 種再抽樣不疋必需的。在諸如涵蓋"數位 用中，被稱為4:4:4格式的全解析 電〜4的某些應 -^ ^ „ y c, c2 ^ ^ ^ ^

无疋本門技術中習知的Y I Q

第12頁 517500 五、發明說明（9) 表示法及YUV表示法。亦可採用一種被稱為表 示法變形。 在一較佳實施例中，係在沒有再抽樣的情形下處理γ、

Cb、及Cr成分。因此，係將—16χ16像素區塊的輸入提供 給編碼器（1 0 2 )。編碼器（丨0 2 )包含一區塊尺寸指定元件 (1 0 8 )，用以執行區塊尺寸指定，而準備用於視訊壓縮。 區塊尺寸指定元件（108)根據該區塊中影像可感覺的特徵 而決定該1 6χ 1 6區塊的區塊分解。區塊尺寸指定程序根據 一 axle區塊内的活動性，將每—16χ16區塊再以一四分支 樹系方式而細分為較小的區塊。區塊尺寸指定元件（丨〇 8) 產生一被稱為PQR資料的四分支樹系資料，該pQR資料的長 度可在1位兀與2 1位το之間。目此，如果區塊尺寸指定程 序決定要分割一16x16區塊，則設定該pQR資料的r位元， 且該R位元接續有對應於四個被分割的8χ8區塊之四個 的P貧料位元。如果區塊尺寸指定程序決定要再分宝彳任 的一8x8區塊，則增加每_被再分割的δχδ區塊之四個額外的 Q資料位元。 現在凊參閱圖2 ’圖中示屮ρ*诗只斗士匕—_ 口甲不出&塊尺寸指疋7L件（1〇8)的作 業、、、田即之一 k程圖。該演算法於決定是否要再 時，使用一區塊的變易數作A I I 00鬼 士綠& 為衡的軚準。本程序開始於 ^ 守項 —16χ1β像素區塊。在步驟（204) :;計鼻該16x16區塊的變易㈣。係以下式計算該)變易

517500 五、發明說明（ίο) N-l N-l Λ2 ΣΣ i = 0 j=0 1 N-l N-l ( 1 N-l N-l var 击 ΣΣ 汽- i=〇 j=0 i=n i=n 其中N=16 ’且七』是NxN區塊内的第i列第j行中之像素。在 步驟（2 0 6 )中，如果該區塊的平均值係介於兩個預定值之 間，則首先修改變易數臨界值τ丨6，以便提供一個新的臨 界值Τ’ 1 6 ’然後將區塊變易數與該新的變易數τ，丨6比較。 如果變易數ν16不大於臨界值丁 16，則在步驟（2〇8)中寫 入該16x16區塊的起始位址，並將PQR資料的R位元設定為 0，以便指示不再分割該丨6χ丨6區塊。該演算法然後讀取下 一個16x16像素區塊。如果變易數νΐ6大於該臨界值τΐ6， 則在步驟（2 1 〇 )中將PQR資料的R位元設定為1，以便指示要 將該1 6x1 6區塊再分割成四個8Χ8區塊。 如步驟（212)所示，循序考慮這四個8x8區塊（i = i:4)是 否要作進一步的再分割。在步驟（214)中計算每一8x8區塊 的變易數v 8。在步驟（2 1 6 )中，如果該區塊的平均值係介 於兩個預定值之間，則首先修改該變易數臨界值T8，以便 提供一個新的臨界值T，8，然後將區塊變易數與該新的變 易數比較。 如果k易數v 不大於臨界值T8，則在步驟（2 1 8 )中寫入 該8x8區塊的起始位址，並將對應的q位元&設定為〇。然 後處理下一個8x8區塊。如果變易數v8i大於該臨界值T8，

第14頁 517500 五、發明說明（11) 則在步驟（2 2 0 )中將對應的Q位元义設定為1，以便指示要 將該8 X 8區塊再分割成四個4 X 4區塊。 如步驟（ 2 2 2 )所示，循序考慮這四個4x4區塊（·· 4)是 否要作進一步的再分割。在步驟（2 2 4 )中計算每一 4 x4區塊 的變易數v4u·。在步驟（ 22 6 )中，如果該區塊的平均值係介 於兩個預定值之間，則首先修改該變易數臨界值T4，以便 提供一個新的臨界值Τ，4，然後將區塊變易數與該新的變 易數比較。 如果變易數ν^·不大於臨界值Τ4，則在步驟（22 8 )中寫入 該4x4區塊的位址，並將對應的p位元Pij設定為〇。然後處 _ 理下一個4x4區塊。如果變易數v4ij大於該臨界值T4，則在 步驟（2 3 0 )中將對應的ρ位元設定為1，以便指示要將該 4x4區塊再分割成四個2x2區塊。此外，寫入該等4個2x2區 塊的位址。 、可將臨界值T1 6、丁 8、及T 4預先決定為常數。將此種方 式稱為硬性決定。在替代實施例中，可實施一適應性或軟 性，定。該軟性決定根據2Νχ2Ν區塊的平均像素值而改變 遺等變易數的臨界值，其中N可以是8、4、或2。因此，可 使用平均像素值的函數作為臨界值。

—=便於說明，現在將考慮下列的例子。假設γ成分的預 疋又易數L界值在ΐβχΐβ區塊、8χ8區塊、及4χ4區塊中分 別為 50、Π〇〇、及 88〇。換言之，τ16 = 5〇、τ8 = 11〇〇、且 T16^8j〇。假設平均值的範圍是8〇及1〇◦。假設16义16區塊 所計算出的變易數是6〇。因為6〇及其平均值9〇大於T16，

第15頁 517500 五、發明說明（12) 所以將16x16區塊再分割為四個8x8子區塊。假設8x8區塊 所計算出的變易數是1 1 8 0、9 3 5、9 8 0、及1 2 1 0。因為兩個 8x8區塊具有大於了 8的變易數，所以再分割這兩個區塊， 以便產生總共八個4 X 4子區塊。最後，這八個4 X 4區塊的變 易數是6 2 0、6 3 0、6 7 0、610、5 9 0、5 2 5、9 3 0、及 6 9 0，且 對應的平均值為9〇、uo、1 1〇、115。因為第一4x4區塊的 平均值係在範圍（8 〇，1 〇 〇 )之内，所以該區塊的臨界值將下 降到小於880的Τ’ 4 = 20 0。因此，將再分割該4x4區塊，第 七個4x4區塊也是如此。所得到的區塊尺寸指定係示於圖 3a。對應的四分支樹系分解係示於圖3b。此外，該區塊尺 寸指定程序所產生的Pqr資料係示於圖3c。 請注意，利用一類似的程序指定彩色成分匕及匕的區塊 尺寸。可在水平方向、垂直方向、或以上兩個方向上大 縮減彩色成分。 @ 、，此外，^注意，雖然係將區塊尺寸指定程序描述為一種 首先評估最大的區塊（在本實例中為16χ16)之由上到下的 方法，但是亦可替代性地使用一種由下到上的方法。此種 由下到上的方法將首先評估最小的區塊（在本 2x2)。 貝 π Y 馮 請再參閱圖1，現在將說明影像處理系統（1〇〇) 分。將PQR資料及所選擇區塊的位址提供給元|牛” 口 (110)，DCT元件（1 10)使用PQR資料，以便對所琴^ 的適當尺寸執行離散餘弦變換。只有所選擇 $ 品A上 要進行DCT處理。 擇的该等區塊需

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影像處理系統（1 〇〇)可選擇包含])QT元件（1 1 2)，用以減 少該等DCT的DC係數間之冗餘。在每— DCT區塊的左上角將 或碰到一DC係數。一般而言，該DC係數比AC係數大。尺寸 的差異使得難以設計一有效率的可變長度編碼器。因此'， 最好是減少該等D C係數間之冗餘。 DQT元件（1 1 2)對該等DC係數執行二維DCT，且係一次採 取2x2。以4x4區塊内的2x2區塊開始時，係對四個DC係數 執行一個二維DCT。將該2x2 DCT稱為該等四個DC係數的差 動式四分支樹系變換（differential quad-tree transform ;簡稱DQT)。然後利用該DQT的DC係數以及具有 一個8x8區塊的三個鄰近DC係數來計算次一層級的dqt。最 後，利用一1 6x1 6區塊内的四個8x8區塊之DC係數來計算 DQT。因此，在一1 6x16區塊中，有一個真實的DC係數，且 其餘的是對應於該DCT及DQT的AC係數。

將變換係數（DCT及DQT)提供給一量化器（114)，以供量 化。在一較佳實施例中，係利用頻率加權遮罩（f requency weighting masks ;簡稱FWMs)及一量化標度因數將該等 DCT係數量化。FWM是一個與輸入DCT係數區塊的維度相同 的頻率加權值表。該等頻率加權值將不同的加權值施加到 不同的D C T係數。該等加權值被設計成強調具有人類視覺 系統較敏感的頻率内容之輸入樣本，且不強調具有人類視 覺系統較不敏感的頻率内容之樣本。亦可根據諸如閱覽距 離等的因素而設計該等加權值。 係根據經驗資料而選擇該等加權值。在ISO/ I EC JTC 1

第17頁 517500 五、發明說明（14) « CD 10 9 18 丨丨 Digital compression and encoding of continuous-tone still images-part 1: Requirements and guidelines 丨丨，International Standards Organization^國際標準組織），1994中揭示了用來設計 8x8 DCT係數的加權遮厚之一種方法，本發明特此引用該 文件以供參照。一般而言，要設計兩個FWMs，其中一個 FWM係用於亮度成分，且另一個FWM係用於色訊成分。以大 幅刪減1 6x1 6區塊並内插8x8區塊之方式得到區塊尺寸2x2 及4x4區塊之FWM表。該標度因數控制了量化係數的品質及 位元傳輸速率。 因此’係根據下列關係式而將每一 DCT係數量化： '、 Uwm(i，j) * q 2」 其中DCJ^，j)“輸入DCT係數，fwmU，j)是頻率加權遮 罩q疋&度因數，且DCTq ( i，j)是量化係數。請注意，係 根據DCT係數的正負號而捨入或捨出括號内的第一項。亦 係利用—適當的加權遮罩而將該等DQT係數量化。然而， 可使用多個表或遮罩，並將該等表或遮罩施加到每一γ、

Cb、及Cr成分。 」母1 荨嚴化係數提供給一鑛齒形掃描串列化哭（1 1 6 。 二 6)以一種鋸齒形方式掃描量化係數區塊，以 掃y刮:串列化量化係數流。亦可選擇若干不同的鋸齒形 尺x及鋸齒形以外的型樣。一較佳的技術將8 X 8區

第18頁 517500 五、發明說明（15) 塊尺寸用於鋸齒形掃描，但是亦可採用其他的尺寸。 請注意，可將鋸齒形掃描串列化器（1 1 6 )置於量化器 (1 1 4 )之前或之後。最後的結果是相同的。 里 為 在任何一種情形中，係將量化係數流提供給—可微 編碼器（1 1 8 )。可變長度編碼器（1 1 8 )可利用零的掃八 編碼、及接續的赫夫曼（H u f f m a η )編碼，前文所述的、，寬$度 專利5, 021’8 91、5, 1 07, 345、及 5, 4 52, 1 04 詳述了L 此二國 術，且本文將概述此種技術。一掃描寬度編碼器將扩旦 化係數，並將零係數與非零係數隔離。將該等^值二 = 插寬度值，對該等零值進行赫夫曼編碼。各別地突I 進行赫夫曼編碼。 了非π值 編：可Ϊ ^實施例中使用對量化係數的-修改後赫夫曼 二馬。此牯在鋸齒形掃描之後，一掃描寬 ΐ Λχ ❹寬度/尺寸對。’錢對這些掃描寬 思/尺寸對進仃赫夫曼編碼。 =用-影像的量測值或理論統計值設計赫夫曼碼。我們 邊ί:高ϊ :區域或變化較緩慢的區域以及諸如物體 问」材貝等的高活動區域構成大部分的自然影 你。具有諸如dct等的頻域變換之赫夫曼編碼器將較多的 :凡指定給高活動區域，並將較少的位元指定給空的區 ::利用上述這些特十生。一般而言，赫夫曼編碼器利用 ^旬表將掃描寬度及非零值編碼。通f使用多個表，而在 個^明中最好是使用3個表，但是亦可視需要而採用1或2 517500 五、發明說明（16) 將編碼器（1 0 2 )產生的壓縮後影像信號經由傳輸頻道 (1〇4一)傳送到解碼器（106)。亦將包含區塊尺寸指定資訊 PQR貝料提供給解碼器（1 〇 6 )。解碼器（j 〇 6 )包含一可、 度解碼$ (1 2 G )，用以將該等掃描寬度值及非零值解石馬。 將可變長度解碼器（120)的輸出提供給一反鋸齒形掃 串列化杰（1 2 2 )，該反鑛齒形掃描串列化器⑴2 )根據 用的掃描架構而排列該等係數的順序。反鑛齒形掃描串ί 到一複合係、數區1 便協助將該#係數適當地安排 將該複合區塊提供給一反量化器（丨24)，以便 用頻率加權遮罩而進行的處理。 / 使 然後如果施加差^動或TO八：k ί / 提供給-IDQT元件(126)及刀二糸變換，則將該係數區塊 則’將係數區塊直元件(⑽。否 nwcT元件⑴二二=件（12δ) °卿元件 生一像辛資料 ）$ 5亥寺係數進行反向變換，以便產 換細形式，然後儲存以供未來顯像示素貝枓進订内插，轉 因此，提供了 一種執杆其μ # i ' 之影像壓縮系統及方法。二於找具^易數的區塊尺寸指定 項優點。因為係在決定區二易數的區塊尺寸指定有數 所以可獲致有效率的外曾^寸之後執行離散餘弦變換， 計算繁複的變換。此外， 針對所選擇的區塊執行 容易計算，所以該區段選= 數；數學上是 的區塊尺寸指定的另-優點為該程序是Ϊ:感S變 m 第20頁 517500 五、發明說明（17) --- 變易數是對一區塊中活動性之量測值，且像素變易數提供 了邊緣、材質等的出現之指示。像素變易數將常可捕獲比 像素值平均值等的量測值好許多的一區塊細節。因此^本 發明的基於變易數之架構將較小的區塊指定給具有較多邊 緣的區域，並將較大的區塊指定給較平坦的區域。因此， 可在重新建構的影像中得到優異的品質。 另項重要的優點在於·因為係在量化之前進行區塊尺 寸指定、，所以在控制位元傳輸速率及品質上有較大的彈 性。因為變易數臨界值適用於局部平均值，所以縱使在較 暗的區域中也指定較小的區塊。此種方式保留了正好在顯 然可看到的臨界值之上的所有區域之細節。此外，當量化 標^因數自低值改變成高值時，該基於變易數的影^縮 使影像品質只有可接受的降低，與諸如MPEG等方法不同。 此種特性對諸如數位電影領域等的應用尤其是重要的。 為在對數位視訊有相當高的需求時，盜版是一嚴重的威 脅。數位浮水印是防止版權侵害及收益損失的一重要要 f f 一顯然可感受到的影像區域中執行浮水印標示時， ς於變易數的區塊尺寸指定是浮水印標示的一當然候選技 術者得;2較佳實施例之説明，使任何熟悉本門技 實施例作ΐϋΐ用本發明。熟悉本門技術者易於對這些 下將本發，且可在不使用本發明的機能之情形 月所"疋的一般性原理應用於其他的實施例。因 本务明將不限於本文所示的實施例，而是與符合本文

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Claims (1)

1. 517500 六、申請專利範圍 1. 一種用來決定影像像素的一輸入區塊的用於壓縮該輸 入區塊之一區塊尺寸指定之方法，包含下列步驟： 讀取一區塊的像素資料； 根據該區塊的像素資料及該區塊的再分割區塊的像素 資料之像素值變易數，而產生一區塊尺寸指定；以及 提供一包含與該區塊尺寸指定有關的資訊之資料結 構。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該產生步驟進一 步包含下列步驟： 決定該區塊的像素資料的像素值之一變易數； 將該變易數與一臨界值比較； 根據該比較步驟的一結果而決定是否要再分割該區 塊， 如果該決定是要再分割該區塊，則對每一再分割的區 塊重複該決定、比較、及決定是否再分割步驟，直到滿足 一預定的準則為止；以及 指定不再進行進一步再分割的每一區塊作為該區塊尺 寸指定。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該決定是否再分 割的步驟在該變易數大於該臨界值的情形下需要再分割一 區塊。 4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該臨界值是預定 的。 5. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該臨界值是正在

   第24頁 517500 六、申請專利範圍 評估的區塊的像素值平均數之一“ 6 ·如申請專利範圍第2項之方函數。 一層級的再分割而改變。 / ’其中該臨界值隨著每 7 ·如申請專利範圍第2項之 定、比較、及決定是否再分割的：，其中不再重複該決 像素資料的一預先選擇少驟之該預定準則係基於 8. -種用來壓縮一區塊的像=寸。 含·· 素貝料之影像壓縮系統，包 區塊尺寸指定裝置，用以 區塊的再分割區塊的像素資料二亥象素資料及該 要塵縮的該區塊、或該區塊的再易數，而選擇所 k換裝置，用以該所選擇的 ^ i 資料變換成頻域資料； 鬼或再7刀割區塊之像素 虿化器裝置，用以將該頻域資料量化； 串列化器裝置，用以將該量化後 資料流中·，以及 设貝卄輙描到一串列化 可變長度編碼裝置，用以將該串列 準備傳輸。 』貝杆"丨U編碼，而 另9 ·如^ 5專利範圍第8項之系統，其中該區塊尺寸指〜 忒置决疋忒區塊的像素資料的像素值之一變易數 \ 易數與二臨界值比較，根據該比較的一結果而決定i ^虻 再分割该區塊，如果該決定是要再分割該區塊，則；々^ 再^，的區塊重複該變易數的決定、與一臨界值比較母 決定是否再分割，直到滿足-預定的準則為止，以：指士

   第25頁 517500 六、申請專利範圍 不再進行進一步再分割的每一區塊作為該區塊尺寸指定。 1 〇.如申請專利範圍第9項之系統，其中如果該變易數大 於該臨界值，則需要再分割一區塊。 1 1 .如申請專利範圍第1 0項之系統，其中該臨界值是預 定的。 i 2.如申請專利範圍第1 0項之系統，其中該臨界值是正 在評估的區塊的像素值平均數之一函數。 1 3.如申請專利範圍第9項之系統，其中該臨界值隨著每 一層級的再分割而改變。 1 4.如申請專利範圍第9項之系統，其中不再再分割的該+ 預定準則係基於所獲致的像素資料的一預先選擇之最小區 塊尺寸。 1 5.如申請專利範圍第8項之系統，其中該變換裝置執行 一離散餘弦變換。 1 6.如申請專利範圍第8項之系統，其中該變換裝置執行 一離散餘弦變換、及一接續的差動式四分支樹系變換。 1 7.如申請專利範圍第8項之系統，其中該串列化器裝置 包含一鑛齒形掃描器。 1 8.如申請專利範圍第1 7項之系統，其中該鋸齒形掃描 器採用一用於鋸齒形掃描的8x8區塊尺寸。 * 1 9.如申請專利範圍第8項之系統，其中該可變長度編碼 裝置包含一赫夫曼編碼器。 2 0.如申請專利範圍第1 9項之系統，其中該赫夫曼編碼 器採用多個查詢表，用以將掃描寬度及非零值編碼。

   第26頁 517500 六、申請專利範圍 2 1.如申請專利範圍第2 0項之系統，其中有三個查詢 表。 2 2. —種用來壓縮一影像的一區塊的像素資料之方法， 包含下列步驟： 讀取一區塊的像素資料； 根據該區塊的像素資料及該區塊的再分割區塊的像素 資料之像素值變易數，而產生一區塊尺寸指定； 提供一包含與該區塊尺寸指定有關的資訊之資料結 構； 將該資料結構指示的所選擇區塊之該像素資料變換成 一頻域表示法； 將該頻域資料量化； 將該量化後貧料掃描到一串列化貧料流，以及 將該串列化資料流編碼，而準備傳輸。、 2 3.如申請專利範圍第2 2項之方法，其中該產生步驟進 一步包含下列步驟： 決定該區塊的像素資料的像素值之一變易數； 將該變易數與一臨界值比較； 根據該比較步驟的一結果而決定是否要再分割該區 塊； 如果該決定是要再分割該區塊，則對每一再分割的區 塊重複該決定、比較、及決定是否再分割步驟，直到滿足 一預定的準則為止；以及 指定不再進行進一步再分割的每一區塊作為該區塊尺

   第27頁 517500 六、申請專利範圍 寸指定。 2 4.如申請專利範圍第2 3項之方法，其中該決定是否再 分割的步驟在該變易數大於該臨界值的情形下需要再分割 一區塊。 2 5.如申請專利範圍第2 4項之方法，其中該臨界值是預 定的。 2 6.如申請專利範圍第2 4項之方法，其中該臨界值是正 在評估的區塊的像素值平均數之一函數。 2 7.如申請專利範圍第2 3項之方法，其中該臨界值隨著 每一層級的再分割而改變。 2 8.如申請專利範圍第2 3項之方法，其中不再重複該決 定、比較、及決定是否再分割的步驟之該預定準則係基於 像素資料的一預先選擇之最小區塊尺寸。 2 9.如申請專利範圍第2 2項之方法，其中係於該變換步 驟中執行離散餘弦變換。 3 0.如申請專利範圍第2 2項之方法，其中係於該變換步 驟中執行一離散餘弦變換、及一接續的差動式四分支樹系 變換。 3 1.如申請專利範圍第2 2項之方法，其中係於該掃描步 驟中執行鋸齒形掃描。 3 2.如申請專利範圍第3 1項之方法，其中係利用一 8x 8區 塊尺寸執行該蘇齒形掃描。 3 3.如申請專利範圍第2 2項之方法，其中係於該編碼步 驟中執行赫夫曼編碼。

   第28頁 517500 六、申請專利範圍 3 4.如申請專利範圍第3 3項之方法，其中該赫夫曼編碼 採用多個查詢表，用以將掃描寬度及非零值編碼。 3 5.如申請專利範圍第3 4項之方法，其中有三個查詢 表0

   第29頁 517500 案號 89125979 圖式簡單說明 元件符號說m 100 影 像 處 理 系 統 102 編 碼 器 104 傳 輸 頻 道 106 解 碼 器 108 區 塊 尺 寸 指 定 元件 110 離 散 餘 弦 變 換（DCT)元件 112 差 動 式 四 分 支 樹系變換（DQT)元件 114 量 化 器 116 串 列 化 器 118 可 變 長 度 編 碼 器 120 可 變 長 度 解 碼 器 122 串 列 化 器 124 反 量 化 器 126 離 散 餘 弦 反 變 換（IDQT)元件 128 I DCT 元 件

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