專利名稱：壓縮從圖像傳感器接收的圖像數(shù)據(jù)的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及圖像數(shù)據(jù)壓縮，特別是涉及用于壓縮從圖像傳感器接收的數(shù)據(jù)的更有效和低成本的方法和裝置。
數(shù)字圖像數(shù)據(jù)壓縮技術已經(jīng)發(fā)展而顯著地改進了圖像數(shù)據(jù)存儲和處理的效率。利用自然圖像中固有的冗余，圖像數(shù)據(jù)編碼和壓縮允許較快的圖像傳輸，較低的功耗，和更緊湊的圖像存儲。各種壓縮算法由例如已經(jīng)定義了用于靜止圖像數(shù)據(jù)的壓縮標準的聯(lián)合攝影專家組(JPEG)和已經(jīng)定義了用于視頻，音頻，和系統(tǒng)位流的壓縮算法的移動圖像專家組(MPEG)的工業(yè)標準組所定義。
該JPEG和MPEG視頻壓縮算法是基于離散余弦變換(DCT)和幀間運動補償(見ISO/IEC JTCI/SC29/WG11，信息技術-數(shù)字存儲介質(zhì)的運動圖像和相關音頻的編碼)。

圖1是描述在常規(guī)基于DCT的模式下的數(shù)據(jù)壓縮的方塊圖。如圖1所示，正向DCT(FDCT)塊10從圖像傳感器20接收圖像數(shù)據(jù)和執(zhí)行DCT操作，以從圖像數(shù)據(jù)中消除冗余數(shù)據(jù)。量化器12通過根據(jù)量化表將來自FDCT10的DCT系數(shù)值分成DC分量和AC分量來獨立執(zhí)行量化。商編碼器14通過在一行中經(jīng)由差分DC系數(shù)編碼和折線掃描整理AC系數(shù)來壓縮數(shù)據(jù)。
這種基于DCT的數(shù)據(jù)壓縮算法的實現(xiàn)需要大量乘法器和加法器，并且通常在硬件上會造成較重的負擔。類似的較重負擔存在于系統(tǒng)的恢復一側(cè)，在該側(cè)數(shù)據(jù)通過執(zhí)行實質(zhì)上與上述相反的過程而被解壓縮，其結(jié)果是電路大而復雜，制造成本增加。
本發(fā)明提供的用于壓縮圖像數(shù)據(jù)的方法和裝置實現(xiàn)了高效和低成本。本發(fā)明的數(shù)據(jù)壓縮技術特別適用于使用用于像素陣列的拜耳(Bayer)模式的圖像傳感器。概括地說，本發(fā)明的數(shù)據(jù)壓縮技術首先從被檢測的圖像數(shù)據(jù)中提取R/G/B值。然后，用一可編程損耗因數(shù)除該被提取的值，并在當前和先前R/G/B值之間獲得一差值(例如，執(zhí)行差分脈中編碼調(diào)制-DPCM)。然后將該輸出可變長度編碼和打包，以作為壓縮圖像傳輸。
結(jié)果，該技術的壓縮比低于基于DCT的壓縮技術的壓縮比，但是，它大幅降低了硬件的復雜性(即，邏輯門數(shù)量)和能夠?qū)崿F(xiàn)更有效的系統(tǒng)(例如，在USB控制器芯片上集成)。從而本發(fā)明的圖像數(shù)據(jù)壓縮技術對那些不要求最大的壓縮比的應用提供了更合意的選擇方案。
因此，在一實施例中，本發(fā)明提供了一種圖像壓縮裝置，用于壓縮從圖像傳感器接收的圖像數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)包括一彩色提取單元，它從圖像傳感器接收輸入的圖像數(shù)據(jù)，該彩色提取單元提取紅，綠和藍彩色值；一壓縮單元，它連接到彩色提取單元并利用一選擇因數(shù)除各彩色值；一可變長度編碼器，它連接到該壓縮單元，并對壓縮單元的輸出執(zhí)行可變長度編碼；和一數(shù)據(jù)打包單元，它耦合到可變長度編碼器，對壓縮數(shù)據(jù)打包，以用于傳輸。
在另一實施例中，本發(fā)明提供一種用于壓縮從圖像傳感器接收的圖像數(shù)據(jù)的方法，該方法包括從圖像數(shù)據(jù)提取紅、綠，藍彩色值的步驟；利用一選擇的損耗因數(shù)除彩色值的步驟；獲得當前彩色值和先前彩色值之間的差值的步驟；以及將每個差值編碼為與該差值的大小對應的特定彩色值的步驟。
為更好地理解本發(fā)明的圖像壓縮方法和裝置的特性和優(yōu)點，可參照以下結(jié)合附圖的詳細描述。
圖1是描述利用常規(guī)基于DCT的算法的數(shù)據(jù)壓縮的方塊圖；圖2是描述根據(jù)本發(fā)明的用于壓縮數(shù)據(jù)的裝置的電路圖；圖3是描述拜耳模式像素陣列的示意圖；圖4是描述根據(jù)本發(fā)明的拜耳模式像素陣列的1/4幀R/G/B提取的示意圖；圖5是描述根據(jù)本發(fā)明的拜耳模式像素陣列的1/16幀R/G/B提取的示意圖；圖6是描述根據(jù)本發(fā)明的除(壓縮)和差操作的流程圖；圖7是描述根據(jù)本發(fā)明的一實施例使用的典型可變長度；圖8是描述根據(jù)本發(fā)明的一數(shù)據(jù)包方面的示意圖；圖9a至9f是描述根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)壓縮的典型壓縮表；圖10示出了使用本發(fā)明的圖像壓縮技術的典型系統(tǒng)。
參考圖2，示出了本發(fā)明的數(shù)據(jù)壓縮裝置200。裝置200包括R/G/B彩色提取單元202，它連接到圖像傳感器并接收在它的輸入端輸入的圖像數(shù)據(jù)。彩色提取單元202的輸出端連接到壓縮和差分脈沖編碼調(diào)制(DPCM)單元204。壓縮單元204從外部控制器(未示出)接收指明一選擇損耗值的控制信號，并提供其輸出到可變長度編碼器206?？勺冮L度編碼器206的輸出端連接到數(shù)據(jù)打包器208，在那里打包壓縮的數(shù)據(jù)，以用于傳輸。
下面將描述數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)200的操作概況。R/G/B彩色提取單元202從圖像傳感器接收輸入的圖像數(shù)據(jù)和為每一個像素提取R(紅)，G(綠)，B(藍)值。壓縮和DPCM單元204從R/G/B單元202接收R/G/B值，并通過用一選定的由一外部控制器提供的損耗值除該值執(zhí)行第一級壓縮。壓縮單元204執(zhí)行的除法利用本發(fā)明的“余數(shù)傳播”(remainder propagation)技術。單元204中的DPCM操作以便獲得當前和先前R/G/B壓縮值之間的差值?？勺冮L度(VL)編碼器206執(zhí)行該差數(shù)據(jù)的統(tǒng)計壓縮。在本發(fā)明的一優(yōu)選實施例中，1的補碼VL編碼與前導“0”和“1”檢測的新組合，進一步簡化了所需硬件。該組合消除了當利用2的補碼VL編碼時所需的VL編碼表。數(shù)據(jù)打包器208對從VL編碼器206輸出的數(shù)據(jù)打包，該包通過串行總線傳輸。本發(fā)明定義的新包包括允許對圍繞像素邊界數(shù)據(jù)精確打包的標題。
R/G/B彩色提取單元202提取R/G/B值以傳輸來自圖像傳感器的圖像數(shù)據(jù)到一彩色顯示器。提取方法的改變?nèi)Q于圖像傳感器的像素陣列模式。圖3是描述稱作拜耳模式的普通像素陣列模式的示意圖。根據(jù)該拜耳模式，通過重復第一行RGRG濾色器和第二行GBGB濾色器，實現(xiàn)該像素陣列。具有拜耳模式像素陣列的圖像傳感器讀取對應于覆蓋該像素的濾色器的特定彩色，而不是獲取所有關于每個像素的R/G/B值的信息。因此，通過這些特定的彩色數(shù)據(jù)，必定獲得最終的和完全的彩色值。根據(jù)本發(fā)明可以利用許多不同的彩色提取方法。取決于應用所需的圖像彩色質(zhì)量，本發(fā)明可以使用三種不同的彩色提取方法全幀，1/4幀，1/16幀這三者之一。
在全幀彩色提取方法中，從一特定像素中提取特定彩色值和從其他相鄰該特定像素的其他像素中提取該像素的其它彩色值。例如，參考圖3，從像素R33提取像素R33處的紅色值(R)，而像素R33的綠色值(G)從在四個像素G23，G32，G34和G43處的綠色值(G)的平均值中提取。同樣，在R33處的藍色值(B)從在四個像素B22，B24，B42和B44處的藍色值的平均值中提取。類似地，在像素G34處的綠色值(G)從像素G34中提取，而紅色值(R)從在兩個像素R33和R35處的紅色值(R)的平均值提取。在像素B44處的藍色值(B)從像素B44中提取，而在像素B44處的紅色值(R)從在四個像素R33，R35，R53和R55處的紅色值(R)的平均值中提取。在像素B44處的綠色值(G)從在四個像素G34，G43，G45和G54處的綠色值(G)的平均值中提取。
R33＝從像素R33提取的紅色值G33＝(G23＋G32＋G34＋G43)/4B33＝(B22＋B24＋B42＋B44)/4G34＝從像素G34中提取的綠色值R34＝(R33＋R35)/2B34＝(B24＋B44)/2B44＝從像素B44中提取的藍色值R44＝(R33＋R35＋R53＋R55)/4G44＝(G34＋G43＋G45＋G54)/4第二彩色提取方式是進一步降低數(shù)據(jù)量的1/4幀提取。為進一步壓縮，代替從拜耳模式建立與原始陣列相同尺寸的圖像，根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)壓縮裝置建立的壓縮圖像是原始陣列尺寸的1/4大的壓縮圖像。參考圖4，示出一個1/4幀壓縮方式的像素陣列。根據(jù)該提取方式，R/G/B彩色值分別從2×2單位像素陣列(即，4像素)獲得。那就是，R/G/B值不是在一個一個像素的基礎上提取的，而是四個像素作為一個單元提取的，并作為一個從其導出彩色值的像素有效處理。其效果是將整個圖像數(shù)據(jù)壓縮成1/4尺寸的數(shù)據(jù)幀。一個舉例能最好地描述該彩色提取方式。參照單位像素陣列40，它包括四個像素R11，G12，G21和B22，單位像素40的紅色值(R)從像素R11獲得，綠色值(G)從像素G12和G21中的綠色值(G)的平均值中提取，藍色值(B)從像素B22中提取。由四個像素R31，G32，G41和B42組成的單位像素陣列40＇中，藍色值(B2)是從像素B42中獲得，紅色值(R2)是從像素R31中獲得，和綠色值(G2)是從像素G32和G41處的綠色值(G)的平均值中獲得。
對于單位像素陣列40R＝R11G＝(G12＋G21)/2B＝B22對于單位像素陣列40′R＝R31G＝(G32＋G41)/2
B＝B342圖5示出的1/16幀彩色提取是提供進一步數(shù)據(jù)壓縮的第三提取方法。根據(jù)該彩色提取方式，R/G/B彩色值是分別從具有用于降低幀尺寸1/16的4×4(＝16)像素的單位像素陣列中獲得。通過平均各種像素彩色執(zhí)行彩色提取。例如，在單位像素陣列50中，紅色值(R)是從像素R11和R33處的紅色值的平均值中提取，綠色值(G)是從像素G12，G21，G34和G43處的綠色值的平均值中提取，和藍色值(B)是從像素B22和B44處的藍色值的平均值中獲得。
對于單位像素陣列50R＝(R11＋R33)/2G＝(G12＋G21＋G34＋G43)/4B＝(B22＋B44)/2類似地，對于單位像素陣列50′R＝(R51＋R73)/2G＝(G52＋G61＋G74＋G83)/4B＝(B62＋B84)/2對于1/4幀和1/16幀提取方法而言，它也可以從單個像素而不是平均兩個像素提取像素的每個單位陣列的彩色值。這折衷了彩色精度和對比度從而圖像質(zhì)量，但進一步簡化了為實現(xiàn)彩色提取功能所需要的必須的硬件。
現(xiàn)在返回到壓縮和DPCM單元204，該塊執(zhí)行圖像數(shù)據(jù)的每個彩色值大小的大部分壓縮。圖6是描述根據(jù)本發(fā)明的壓縮和不同操作的流程圖。在該過程(步驟60)中的第一步驟是通過設置它們等于“0”，初始化商數(shù)彩色值Rold，Gold和Bold和先前像素的余數(shù)彩色值Rpres，Gpres和Bpres。在步驟62，壓縮和DPCM單元204然后從R/G/B提取單元202接收當前彩色值RnowGnow，和Bnow。在步驟64，先前余數(shù)彩色值Rpres，Gpres和Bpres被分別加到當前彩色值Rnow，Gnow和Bnow，以導出總的彩色值Rn，Gn和Bn。因此步驟64執(zhí)行由本發(fā)明定義的除法所需的余數(shù)傳播函數(shù)。本發(fā)明的余數(shù)傳播提供平滑圖像變化的高頻振動，從而優(yōu)于現(xiàn)有技術的一般忽略余數(shù)彩色值的做法，改進了圖像質(zhì)量。
接著，在步驟66，新的商數(shù)彩色值Rq，Gq和Bq以及新的余數(shù)彩色值Rres，Gres和Bres是將總的彩色值Rn，Gn和Bn除以損耗值LossV來獲得。當彩色值被恢復和顯示時，損耗值LossV是可編程的(例如，由該控制器提供)和設定圖像損耗率。在所需的圖像質(zhì)量和幀數(shù)(例如，幀數(shù)越多損耗LossV越高)的基礎上將LossV編程為一值。
在步驟68，差值Rdiff，Gdiff和Bdiff是通過從當前的商數(shù)彩色值Rq，Gq和Bq減去先前的商數(shù)彩色值Rold，Gold和Bold獲得的。接著，在步驟70，將先前的商數(shù)彩色值Rold，Gold和Bold和原先的余數(shù)彩色值Rpres，Gpres和Bpres分別更新到它們的新值Rq，Gq和Bq和Rres，Gres和Bres。上述62至70的處理步驟被重復，直到完成圖像傳感器的一行。在完成一行以后隨后執(zhí)行新一行的初始化和為新的一行重復60至70的步驟。由于在一行結(jié)束的彩色值和另一行開始的彩色值之間沒有關系，所以在每一行的開始的彩色值被初始化。該方法的優(yōu)點是當傳輸壓縮信息到下一個處理單元而產(chǎn)生誤差時，該誤差范圍被限定到一行的基本單元。
通過少許修改上述壓縮過程，可以進一步增加壓縮比。根據(jù)上述過程，由于被除的第一像素值和零初始值之間的差，第一像素的大值將導致一大的壓縮值。例如，當?shù)谝幌袼刂凳潜攘愠跏贾荡蟮枚嗟?25，和初始值被設置為“0”時，則產(chǎn)生17位代碼字“1111111101110000l”因此，壓縮比是低的。
為增加壓縮比，在另一實施例中，本發(fā)明設置初始值Rold，Gold和Bold到非零值。非零值將根據(jù)第一像素值決定。在如下表1中描述的典型實施例中，第一像素0-255的值的范圍被分為8個子范圍，給每個子范圍賦予一不同的初始值(0至7中的一個)。即，Rold，Gold和Bold的初始值被設置成8個可能值中的一個。通過增加3位(該3位表明使用8個初始值中的哪一個)，能獲得對第一像素值的較好壓縮。表1
在該實施例中，當?shù)谝幌袼刂凳?25時，初始值被設置成“7”，即“111”來代替“0”，和產(chǎn)生6位代碼字“111101”，從而增加了壓縮比。
該第一像素值越接近32的倍數(shù)，該編碼值越小。
然后在步驟68計算的差值Rdiff，Gdiff和Bdiff被送到下一塊VL編碼器206。VL編碼器206執(zhí)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計壓縮，從而該最小的代碼字被賦予最頻繁產(chǎn)生的值。隨著鄰近像素中的彩色值的大量重復，該最頻繁產(chǎn)生的差值會是“0”或接近“0”。這樣，本發(fā)明通過以差值的VL編碼代替實際彩色值的編碼明顯降低了數(shù)據(jù)總量。圖7是一表，給出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的典型的對差值的VL編碼。
本發(fā)明進一步降低硬件需求和簡化實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的另一方面是在VL編碼處理中利用1的補碼(代替2的補碼)。根據(jù)該方法，通過首先將一商數(shù)值與另一商數(shù)值的1的補碼相加獲得該差值。然后，如果結(jié)果是正值，則所有前導0被刪除，以得到差值，而如果結(jié)果是負值，則所有前導1被刪除，以獲得差值。然后，通過將大小值與利用界定位(典型為0)分離的差值相組合執(zhí)行VL編碼。這樣，根據(jù)本發(fā)明，1的補碼與前導0和1組合就取消了對VL編碼表的需要，該表對于利用2的補碼的常規(guī)編碼方法是需要的。
由于用VL編碼器206編碼的數(shù)據(jù)代碼長度改變，所以，在通過串行總線傳輸數(shù)據(jù)之前執(zhí)行數(shù)據(jù)包化，以便接收機能夠在被接收的位流中區(qū)分編碼數(shù)據(jù)。圖8描述了由本發(fā)明的數(shù)據(jù)打包器208執(zhí)行的優(yōu)選的數(shù)據(jù)打包方法。根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)包800，被分成標題字段802和壓縮圖像數(shù)據(jù)字段804。數(shù)據(jù)包800可以有典型的512字節(jié)大小。標題字段802包含，例如含有代表在512字節(jié)數(shù)據(jù)字段804中壓縮的像素數(shù)的信息的2字節(jié)的第一字段806，和例如含有代表來自壓縮圖像數(shù)據(jù)有效位數(shù)的信息的2字節(jié)的第二字段808。第一標題字段806的最高有效2位指明該包是否處在該幀的開始(“10”)，一幀的結(jié)尾(“01”)，還是在該幀的中間(“00”)。由于本發(fā)明在像素的邊界定義數(shù)據(jù)包，圖像數(shù)據(jù)字段804可以不用有效數(shù)據(jù)完全充滿，因此需要指明數(shù)據(jù)包有效位數(shù)的標題字段808。在位流結(jié)尾(即，剩下小于512字節(jié))處的數(shù)據(jù)包的情況也是這樣。這樣，根據(jù)本發(fā)明的打包提供一定程度的誤差校正，使得甚至當在傳輸線中產(chǎn)生誤差時接收機也能恢復數(shù)據(jù)。
為更好地理解本發(fā)明的數(shù)據(jù)壓縮技術如何操作，在這里提供的圖9a至9f描述了用于特定的拜耳模式圖像舉例的數(shù)據(jù)壓縮。圖9a敘述了從具有拜耳模式的圖像傳感器接收的圖像數(shù)據(jù)的部分(10×4陣列)。利用1/4幀彩色提取方法，彩色提取單元202為每個4×4單元陣列得到R/G/B值。該陣列的第一線和第二線的R/G/B值示出在圖9b中，在這里，括弧中的3個值對應著像素陣列的每個4×4單元的3個彩色值R/G/B。這樣，對于第一行的第一陣列，R值是32，G值是(24＋26)/2＝25，和B值50等等，如上所述。在彩色提取之后，執(zhí)行具有余數(shù)傳播的除法。在該舉例中，假定4的損耗值LossV。參考圖9c，這里示出圖6流程圖中的步驟62至66被重復的余數(shù)傳播除法的結(jié)果。對于LossV＝4的第一行的第一R/G/B提取值(32，25，50)，該第一R/G/B商數(shù)彩色值(Rq，Gq，Bq)等于(8，6，12)。該余數(shù)彩色值(Rres＝0，Gres＝1，Bres＝2)被傳播并加到第二R/G/B提取的彩色值(35，23，52)以得到第二R/G/B彩色值(Rn＝35，Gn＝23＋1＝24，Bn＝52＋2＝54)。隨著余數(shù)傳播導致等于(39，23，55)的第三R/G/B彩色值(Rn，Gn，Bn)，對于第二R/G/B商數(shù)彩色值(Rq，Gq，Bq)＝(8，6，13)該過程被重復。第三R/G/B商數(shù)彩色值(Rq，Gq，Bq)成為(9，7，13)，導致第四R/G/B彩色值(Rn，Gn，Bn)等于(36，29，62)。該過程繼續(xù)直到所有彩色值被處理。
圖9d示出用于圖9a所示的4×10陣列的每個提取的彩色值的商數(shù)彩色值(Rq，Gq，Bq)。注意，但是，如圖6流程圖所示，在該優(yōu)選實施例中，通過DPCM執(zhí)行的差分功能與除法功能并行執(zhí)行。那就是，由于每個單位像素陣列的R/G/B商數(shù)彩色值被改進，在執(zhí)行下一個R/G/B彩色值的除法之前，用原先的彩色值執(zhí)行DPCM。這樣，在任何給定時間圖9d所示陣列沒有實際得到，在這里提供它更多是用于全面描述除法過程。而，圖9e所示陣列代表了實際壓縮輸出和DPCM單元204。從第一行(8，6，13)取第二R/G/B彩色商數(shù)值和從它減去它原先的R/G/B彩色商數(shù)值(8，6，12)產(chǎn)生值(0，0，1)。這被輸入作為第一行第二像素的彩色值。第三將是(9，7，13)-(8，6，13)＝(1，1，0)，如此等等。
最后，圖9f描述了圖9e差分值陣列的VL編碼。例如，從第一行8的第一R/G/B差分值中取紅彩色值該差值由二進制代碼1000進行VL編碼，大小是，11110，結(jié)果是“111101000”。類似地，“0”是用“0”進行VL編碼，“1”用“101”進行VL編碼，“2”是用“11010”進行VL編碼，和“-1”是用“100”進行VL編碼。
對圖9f的2行求出總位數(shù)(第一行51位和第二行57位)，產(chǎn)生108位，以代表圖9a所示的圖像數(shù)據(jù)。原始典型的圖像尺寸給定為10×4×8位＝320位，這樣，利用本發(fā)明的壓縮技術實現(xiàn)1/3壓縮。由于每行長度增加，壓縮比也增加，以產(chǎn)生更大的壓縮比。該壓縮比不如通過基于DCT的算法可能實現(xiàn)的那樣高，這里的壓縮比可能為1/20至1/100。無論如何，本發(fā)明的壓縮技術明顯減少了硬件需要量，不需要任何乘法器就可以實現(xiàn)。例如，采用當前技術，圖2所示的本發(fā)明的壓縮技術的各種功能單元能利用大約5000個門實現(xiàn)，而基于DCT的數(shù)據(jù)壓縮裝置典型需要約50000至70000個門。
此外，基于DCT的壓縮圖像的解壓縮需要通常由軟件執(zhí)行的復雜的余弦操作。這同為本發(fā)明所需要的更簡化的解壓縮算法比較，對CPU施加了較重負載。由于降低的CPU解壓縮負載，本發(fā)明允許CPU在運轉(zhuǎn)其他程序的同時顯示運動圖像。有許多圖像處理應用不需要如此高的數(shù)據(jù)壓縮需求，因此不需要昂貴的基于DCT的壓縮。某些類型的圖像捕獲裝置如，PC攝像機，圖像靜止攝像機，或攝錄一體機等是這些應用的例子。
參照圖10，圖中所示方塊圖是本發(fā)明數(shù)據(jù)壓縮裝置的典型系統(tǒng)應用。一圖像捕獲設備，例如攝像組件100包括透鏡和保持器102，通過它圖像被提供給圖像傳感器104，圖像傳感器104可以是CMOS類型，其與CCD類型相反。根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)壓縮可以由專用集成電路(ASIC)或從圖像傳感器104接收檢測的圖像數(shù)據(jù)的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)106實現(xiàn)。一種例如動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)型緩沖器108連接到ASIC106并供圖像數(shù)據(jù)存儲用，以利于數(shù)據(jù)處理。控制器110，例如USB(通用串行總線)控制器，連接到ASIC106和圖像傳感器104，便于同USB116接口。攝像機組件100還包括由USB控制器控制的電源穩(wěn)壓器112并提供電源到ASIC106和圖像傳感器104。該USB可以連接攝像組件100到一主機PC114，除其它資源外它包括USB設備驅(qū)動器，解壓縮軟件。在一圖10所示系統(tǒng)中，明顯降低了數(shù)據(jù)壓縮硬件(ASIC106)的尺寸，所以可將該壓縮硬件集成在與控制器一樣的芯片上。其結(jié)果是節(jié)約了實際成本。
總之，本發(fā)明提供的圖像數(shù)據(jù)壓縮裝置和方法極大地降低了實施的復雜性和成本，并改進了誤差校正。在各實施單元中實現(xiàn)了這些改進，其中包括彩色提取單元，它能通過降低例如1/4或1/16的幀尺寸來執(zhí)行第一級壓縮。接著是通過除以可編程損耗值的壓縮，該除法傳播余數(shù)以改進圖像質(zhì)量。然后在提取的彩色值的基礎上執(zhí)行差分編碼調(diào)制，以進一步降低圖像數(shù)據(jù)大小。將該結(jié)果利用1的補碼方法進行可變長度編碼，由于取消了VL編碼而進一步降低了實施復雜性。最后，VL壓縮編碼數(shù)據(jù)被打包，以便通過串行總線傳輸，該打包改進誤差校正。雖然為了描述的目的，已經(jīng)公開了本發(fā)明的最佳實施例，本領域的技術人員可以理解，不脫離由所附權利要求所確定的精神和范圍，可以做出各種修改，增加和替換。
權利要求
1. 一種用于壓縮從圖像傳感器接收的圖像數(shù)據(jù)的圖像壓縮裝置，該裝置包括一用于接收從圖像傳感器輸入的圖像數(shù)據(jù)的彩色提取單元，該彩色提取單元能提取紅，綠和藍彩色值；一耦合到彩色提取單元的數(shù)據(jù)壓縮單元，用于將所述彩色值除以選擇的因數(shù)；一耦合到數(shù)據(jù)壓縮單元的可變長度編碼器，它對數(shù)據(jù)壓縮單元的輸出執(zhí)行可變長度編碼；和一耦合到可變長度編碼器的數(shù)據(jù)打包器，它整理壓縮數(shù)據(jù)的位流成為多個用于串行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。
2. 根據(jù)權利要求1的圖像壓縮裝置，其中數(shù)據(jù)壓縮單元包括一差值調(diào)制器，用以獲得兩個被除彩色值之間的差。
3. 根據(jù)權利要求2的圖像壓縮裝置，其中該彩色提取單元從圖像數(shù)據(jù)的像素陣列中一個像素一個像素地提取彩色值。
4. 根據(jù)權利要求2的圖像壓縮裝置，其中彩色提取單元在一陣列單元中分組多重像素并從該陣列單元中的像素中為每個陣列單元提取紅，綠和藍彩色值。
5. 根據(jù)權利要求4的圖像壓縮裝置，其中每個陣列單元由2×2陣列的4個像素組成。
6. 根據(jù)權利要求5的圖像壓縮裝置，其中每個陣列單元由4×4陣列的16個像素組成。
7. 根據(jù)權利要求4的圖像壓縮裝置，其中當數(shù)據(jù)壓縮單元將彩色值除以所選因數(shù)時傳播一余數(shù)。
8. 根據(jù)權利要求2的圖像壓縮裝置，其中兩個被除彩色值之間的差是通過執(zhí)行1的補碼操作獲得的，和其中當差是正值時，該可變長度編碼器刪除那些前導0，當差是負值時，刪除那些前導1。
9. 根據(jù)權利要求1的圖像壓縮裝置，其中大量數(shù)據(jù)包中的每一個都包括一標題字段和數(shù)據(jù)字段。
10. 根據(jù)權利要求9的圖像壓縮裝置，其中每個數(shù)據(jù)包的標題字段包括指明該數(shù)據(jù)字段中有效位數(shù)的第一部分執(zhí)行信息，和指明該數(shù)據(jù)字段中像素數(shù)的第二部分執(zhí)行信息。
11. 一種壓縮從圖像傳感器接收的圖像數(shù)據(jù)的方法，該方法包括步驟從圖像數(shù)據(jù)中提取紅，綠和藍彩色值；將彩色值除以一選定的損耗因數(shù)，以得到商數(shù)彩色值；和根據(jù)差值的大小，編碼每一個差值為編碼的彩色值。
12. 根據(jù)權利要求11的壓縮圖像數(shù)據(jù)的方法，其中在編碼步驟之前，該方法進一步包括在當前商數(shù)彩色值和先前商數(shù)彩色值之間獲得差值的步驟。
13. 根據(jù)權利要求12的壓縮圖像數(shù)據(jù)的方法，其中還包括整理數(shù)據(jù)包中的編碼的彩色值，以用于串行傳輸?shù)牟襟E。
14. 根據(jù)權利要求11的壓縮圖像數(shù)據(jù)的方法，其中圖像數(shù)據(jù)包括一拜耳模式彩色陣列。
15. 根據(jù)權利要求14的壓縮圖像數(shù)據(jù)的方法，其中提取步驟包括的步驟有將多個像素分組為單位像素陣列；和在該陣列內(nèi)部單個像素基礎上，給每個單位像素陣列賦予一組紅，綠和藍彩色值。
16. 根據(jù)權利要求15的壓縮圖像數(shù)據(jù)的方法，其中賦值步驟包括當只有一個給定色彩的像素時，利用該一個像素的彩色值作為單位像素陣列的該色彩的值；和其中有給定彩色值的多個像素，平均該多個像素的彩色值，以得到單位像素陣列的該彩色的值。
17. 根據(jù)權利要求11的壓縮圖像數(shù)據(jù)的方法，其中除法步驟進一步包括傳播一余數(shù)彩色值的步驟。
18. 根據(jù)權利要求17的壓縮圖像數(shù)據(jù)的方法，其中傳播步驟包括在第二彩色值被選擇的損耗值除之前將來自第一彩色值的余數(shù)彩色值加到第二彩色值上的步驟。
19. 根據(jù)權利要求12的壓縮圖像數(shù)據(jù)的方法，其中獲得差值的步驟包括的步驟有形成當前商數(shù)值的1的補碼；和將當前商數(shù)值的1的補碼加到先前商數(shù)值上。
20. 根據(jù)權利要求13的壓縮圖像數(shù)據(jù)的方法，其中整理數(shù)據(jù)包中的編碼的彩色值的步驟包括的步驟有將多個編碼的彩色值分組為數(shù)據(jù)字段內(nèi)的給定尺寸的串行位流；和在串行位流前部加標題字段，該標題確定位流尺寸的長度。
21. 一種壓縮從圖像數(shù)據(jù)中提取的彩色值的方法，包括步驟(a)初始化先前像素的余數(shù)彩色值和商數(shù)彩色值；(b)將來自先前像素的余數(shù)彩色值加到來自當前像素的彩色值上，以獲得新的彩色值；(c)用一損耗因數(shù)除該新的彩色值，以獲得用于當前像素的新商數(shù)彩色值和新余數(shù)彩色值；(d)從先前像素的商數(shù)彩色值減去當前像素的新商數(shù)彩色值；(e)用新商數(shù)彩色值和新余數(shù)彩色值更新先前像素的余數(shù)彩色值和商數(shù)彩色值；(f)重復(b)到(e)步驟，直到像素的一行結(jié)束。
22. 根據(jù)權利要求21的方法，其中進一步包括為像素的下一行重復步驟(a)到(f)的步驟。
23. 根據(jù)權利要求21的方法，其中初始化步驟(a)包括初始化先前像素的余數(shù)彩色值和商數(shù)彩色值為“0”值的步驟。
24. 根據(jù)權利要求21的方法，其中初始化步驟(a)包括的步驟有將可表示的彩色值的范圍劃分為多個子范圍；編碼所述多個子范圍中的每一個為預選擇的值；和根據(jù)每一行第一像素的彩色值，初始化先前像素的商數(shù)彩色值作為被編碼的值。
25. 根據(jù)權利要求21的方法，其中初始化步驟(a)包括的步驟有將可表示的彩色值“0”至“255”的范圍劃分為8個子范圍；編碼8個子范圍中的每一個為預選擇的值；和根據(jù)每一行的第一像素的彩色值，初始化先前像素的商數(shù)彩色值為8個可能的編碼值之一。
26. 根據(jù)權利要求25的方法，其中用3位表示編碼值。
27. 一種圖像處理系統(tǒng)包括一圖像捕獲設備，包括一圖像傳感器，一用于從圖像傳感器接收圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)壓縮單元，該數(shù)據(jù)壓縮單元能用選擇的因數(shù)除該彩色值，一耦合到數(shù)據(jù)壓縮單元的數(shù)據(jù)存儲單元，和一耦合到數(shù)據(jù)壓縮單元和圖像傳感器的控制器；和一通過串行總線耦合到圖像捕獲設備的主圖像處理設備。
28. 根據(jù)權利要求27的圖像處理系統(tǒng)，其中圖像傳感器包括CMOS圖像傳感器。
29. 根據(jù)權利要求28的圖像處理系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)壓縮單元是用一可重編程邏輯裝置，例如現(xiàn)場可編程門陣列實現(xiàn)的。
30. 根據(jù)權利要求28的圖像處理系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)壓縮單元是用一應用專門集成電路實現(xiàn)的。
31. 根據(jù)權利要求27的圖像處理系統(tǒng)，其中控制器和數(shù)據(jù)壓縮單元是在同一集成電路芯片上實現(xiàn)的。
32. 根據(jù)權利要求27的圖像處理系統(tǒng)，其中圖像捕獲設備是一攝像機組件，串行總線是一通用串行總線，而主圖像處理設備是一個人計算機。
全文摘要
一種圖像數(shù)據(jù)壓縮方法和裝置，極大地降低了實施復雜性和成本，并改進了誤差校正。以各實施單元實現(xiàn)這些改進，包括一彩色提取單元，它通過減小例如1/4或1/16的圖像幀執(zhí)行第一級壓縮。接著通過被可編程損耗值除進行壓縮，其中除法傳播余數(shù)以改進圖像質(zhì)量。然后在提取的彩色值上執(zhí)行差分編碼調(diào)制以進一步降低圖像數(shù)據(jù)大小。最好利用1的補碼對結(jié)果實行可變長度編碼。最后，將VL編碼壓縮數(shù)據(jù)打包，以通過串行總線傳輸，此處打包改進了誤差較正。
文檔編號G06T9/00GK1239380SQ9910763
公開日1999年12月22日 申請日期1999年4月30日 優(yōu)先權日1998年4月30日
發(fā)明者李錫中, 金相淵 申請人:現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)株式會社