专利名称：一种视频图像的存储及显示方法
技术领域：
本发明涉及一种视频图像的存储及显示方法，尤其涉及一种适用于低端设备并且可快速显示的视频图像的存储及显示方法。
背景技术：
数字视频的原始格式会占用大量的存储空间，为方便保存，需要将视频图像资料进行压缩，再进行存储。一般数字视频只压缩人类无法察觉的部份，所以不会影响压缩后的视频图像资料的感知质量。例如，原始视频图像有数十亿种颜色，但是人类只能感知到大约1024种颜色，由于我们无法看出色度之间的细微差异，因此并不需要保留所有的颜色。
现有视频图像的存储及显示方法，大致可分为以下两种第一种方法将图像中每一幅(frame)图像内容分别压缩，然后在播放时逐幅解压缩并显示出来，如MJPG、AVI等格式。这种方法实现简单，但压缩率往往很不理想，特别是庞大的数据量所带来的储存成本及对处理器的高运算能力的要求，使得采用低端处理器的设备特别是电子辞典无法播放此类视频图像。
第二种方法将全部图像内容视为一个整体，并使颜色信号、亮度信号及色度信号分离，然后作有损压缩，如MPEG格式。这种方法的优点是压缩率高，但缺点是解压缩运算量大，在采用低端处理器的设备上无法流畅播放。而且大多数此类压缩算法是基于24位的RGB色域空间，针对便携式电子辞典12位色深的LCD显示屏，在数据传输及解压缩运算上造成空间和时间上的双重浪费。
所以，现有技术中大部分低端数据处理设备无法播放压缩的视频图像资料；少数有播放压缩视频图像的能力的便携式电子数据处理装置则配置有高端中央处理器或是图像处理器(Digital Signal Processor；DSP)，但这样会增加硬件的成本，同时，由于高端中央处理器或是图像处理器都会增加耗电量，因此不仅硬件成本提高，同时也会连带增加耗电量以及接口设备的综合成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种可在低端硬件设备上以低成本实现快速影视图像显示及低成本的视频图像存储的方法，其解决了背景技术中低端硬件设备无法播放视频图像资料、高端硬件设备虽然可以播放视频图像资料但会增加硬件的成本、设备耗电量及接口设备成本的技术问题。
本发明的技术解决方案是一种视频图像的存储方法，包括以下步骤101]读取一幅图像，判断该幅图像是否为第一幅图像，如果是，则进行步骤102]，如果否，则进行步骤103]；102]将该幅图像定义为关键幅，并进行步骤105]；103]将该幅图像与关键幅进行对比；104]对该幅图像与关键幅相同的区域进行遮蔽；105]对该幅图像进行量化处理；106]判断该幅图像是否为关键幅，如果是，则进行步骤108]，如果否，则进行步骤107]；107]删除连续大面积被遮蔽的区域，仅记录其位置；108]压缩图像并存储。
上述量化处理包括以下步骤201]设定a为肉眼敏感度、b为平均误差、min为最小颜色数、max为最大颜色数、x为固定色深，其中固定色深x位于最大颜色数max与最小颜色数min之间，利用固定色深x来对图像进行量化处理；202]计算图像内容中每一像素的平均误差b；203]比对平均误差b与人眼相对于图像的肉眼敏感度a，当b＞a时，则进行步骤204]，当b＜a时，则进行步骤205]；当b＝a时，则结束量化处理。
204]令min＝x、x＝(min+max)/2，然后进行步骤202]；205]令max＝x、x＝(min+max)/2，然后进行步骤202]。
上述步骤105]和步骤106]之间包括以下步骤
109]对该幅图像进行抖色处理。
上述步骤103]和步骤104]之间包括以下步骤110]判断该幅图像与关键幅的内容差异量是否大于默认植，如果是，则进行步骤102]，如果否，则进行步骤104]。
上述将该幅图像与关键幅进行对比的步骤具体为将该幅图像与所有关键幅进行对比，取得最接近的一个关键幅；上述将该幅图像与关键幅相同的区域进行遮蔽的步骤具体为将该幅图像与最接近的一个关键幅相同的区域进行遮蔽。
上述将该幅图像与关键幅进行对比的另一种步骤具体为将该幅图像与所有关键幅进行对比；上述将该幅图像与关键幅相同的区域进行遮蔽的步骤具体为将该幅图像与所有关键幅均相同的区域进行遮蔽。
上述压缩图像的方法是采用字典法进行压缩。
一种对上述视频图像的存储方法生成的文件进行显示的方法，包括以下步骤301]解压缩一幅被压缩的图像；302]判断是否为关键幅，如果是，则进行步骤303]，如果否，则进行步骤304]；303]将关键幅数据放入缓存，同时进行步骤305]；304]利用所记录遮蔽区域的位置，从缓存中读取所参考的关键幅中遮蔽的图像数据，合成图像；305]将图像数据输出到显示设备，重复步骤301]。
本发明具有如下优点1、压缩比提高。首先由多数图像内容中定义出一个关键幅，并利用该关键幅和其它幅图像内容对比，从而获得每一幅图像内容相对于关键幅相同的区域，并且遮蔽这些相同的区域后，依序进行量化及抖色处理，最后再利用字典法压缩图像；因为相同的区域已经加以遮蔽，所以不同的区域面积缩小，使得压缩比相对提高。
2、显示速度提高。解压缩播放图像时，先将关键幅解压缩并临时储存起来，其余幅图像内容只需要解压缩和关键幅不同的区域，所以显示速度大幅提高。
3、较好的色彩表现。由于本发明方法不指定量化色深，而是根据当前一幅图像的量化误差优化动态来确定色深，从而克服固定色深所带来的影视图像质量高低不均匀的缺点，具有较好的色彩表现。
4、设备成本低。压缩比的提高使得数据量相对降低，存储成本相应降低；解压缩速度的提高使得解压缩运算量相对降低，处理器成本及耗电量相应降低，所以存储成本、处理器成本及耗电量的降低使得设备成本相应降低。
附面说明
图1是本发明图像压缩方法流程图；图2是本发明对图像进行量化处理的流程图；图3是本发明图像解压缩方法流程图；图4是本发明方法需要存储的一组原始影视图像；图5是本发明方法对图4中原始影视图像进行遮蔽的效果图；图6是本发明方法对图5中遮蔽后影视图像进行裁减的效果图；其中步骤101]-读取一幅图像，判断该幅图像是否为第一幅图像；步骤102]-将该幅图像定义为关键幅；步骤103]-将该幅图像与关键幅进行对比；步骤104]-将该幅图像与关键幅相同的区域进行遮蔽；步骤105]-对该幅图像进行量化处理；步骤106]-判断该幅图像是否为关键幅；步骤107]-删除连续大面积被遮蔽的区域，仅记录其位置；步骤108]-用字典法压缩图像并存储；步骤109]-对该幅图像进行抖色处理；步骤110]-判断该幅图像与关键幅的内容差异量是否大于默认值；
步骤201]-设定a为肉眼敏感度、b为平均误差、min为最小颜色数、max为最大颜色数、x为固定色深，其中固定色深x位于最大颜色数max与最小颜色数min之间；步骤202]-计算图像内容中每一像素的平均误差b；步骤203]-比对平均误差b与人眼相对于图像的肉眼敏感度a；步骤204]-令min＝x、x＝(min+max)/2；步骤205]-令max＝x、x＝(min+max)/2。
步骤301]-解压缩一幅被压缩的图像；步骤302]-判断是否为关键幅；步骤303]-将关键幅数据放入缓存；步骤304]-利用所记录遮蔽区域的位置，从缓存中读取所参考的关键幅中遮蔽的图像数据，合成图像；重复步骤301]步骤305]-将图像数据输出到显示设备。
具体实施例方式
本发明对视频图像进行存储的方法可参见图1，由于视频图像包含有多幅(frame)图像内容，所以，先判断读取的图像是否为第一幅(步骤101)，如果是，则将其定义为关键幅(步骤102)，并进行量化处理(步骤105)，如果不是第一幅，则将此幅图像内容与关键幅进行对比(步骤103)，然后将相同的区域予以遮蔽(shadowed)(步骤104)，对相同部分遮蔽的原理主要是由于视频图像是前后有一定关联的序列画面，所以，每一幅图像内容都可能和其前面或后面的画面有所相同，而不同部分(也就是变化的部分)往往只占到全部画面的20％不到。因此，只要已知上一画面的内容，那么下一幅画面只需将不同的20％绘制出来即可完成这一幅图像内容。因此，本发明将相同的部分予以遮蔽，可大幅度减少所需要压缩图像内容的数据容量。但是视频图像不一定都是这样一成不变，第一幅图像内容也不一定永远都具备有代表性，所以，本发明增加一个满足关键幅条件的判断(步骤110)，也就是将一般图像内容与关键幅进行对比并判断两者之间的差异量，当一般图像内容与关键幅的面积差异量大于一个默认值时，则将此幅图像内容也定义为关键幅(步骤102)，也就是可以定义多个关键幅，这样可进一步提高压缩比。而后续的图像内容则需要和每一个关键幅比对，找出最接近的关键幅，采用最接近的关键幅来进行遮蔽；或者采用每一关键幅都采用的方式，只要有与关键幅相同的区域都加以遮蔽。对遮蔽以后的图像进行量化处理(步骤105)，所谓“量化(Quantization)”是指对图像内容重新着色以指定颜色数较少的调色板的过程，量化处理过程可以采用常见的median-cut、oct-tree等方法，然后进行抖色处理(步骤109)，抖色是利用不同像素间的误差相互弥补，从而达到在总体区域上，图像的误差总和达到最低。常见的抖色方法有双线抖色、弗络伊德-斯登堡抖色法等，对已选好量化颜色的图像结合抖色，可取得更高的图像品质，然后对图像进行剪裁，首先判断是否为关键幅(步骤106)，如果是，则直接进行压缩存储步骤108)，如果不是，则先将连续大面积的遮蔽区域加以裁减(步骤107)，并记录被裁减区域的位置，这样可进一步减低压缩后图像的数据容量，最后再利用字典法来压缩并存储(步骤108)。
对于采用本发明存储方法存储的影视图像资料，可采用如下方法进行显示首先解压缩一幅图像(步骤301)，解压缩方法同样采用字典法，判断是否为关键幅(步骤302)，如果是关键幅，则将关键幅数据放入系统缓存(步骤303)，同时将关键幅数据输出到显示设备上(步骤305)，如果不是关键幅，则利用所记录遮蔽区域的位置，从缓存中读取所参考的关键幅中遮蔽的图像数据，合成图像(步骤304)，然后将所解压的该幅图像数据输出到显示设备上(步骤305)，以后重复步骤301]，直至全部图像显示完毕。
为了更进一步提高压缩比，本发明采用如图2所示的动态误差平衡的量化方法，假定a为肉眼敏感度、b为平均误差、min为最小颜色数、max为最大颜色数、x为固定色深，首先利用固定色深x来对图像进行量化(步骤201)，其中固定色深x在最大颜色数max与最小颜色数min之间选择，计算图像内容中每一像素的平均误差b(步骤202)，接着对比平均误差b与人眼相对于图像的肉眼敏感度a(步骤203)，当b＞a时，则令min＝x、x＝(min+max)/2(步骤204)，然后重新量化处理一次(步骤201)；而当b＜a时，则令max＝x、x＝(min+max)/2(步骤205)，然后重新量化处理一次(步骤201)。直到b＝a为止，才完成量化的动作，而上述判断方式可以归纳为b>a,min=xb<a,max=x;x=(min+,max)/2]]>因此，量化完毕后每一幅图像内容都有相同的误差，也就是相同的图像品质；使用者也可以自行指定所需要的图像分辨率(即设置a值)来满足不同应用下的各种需求。
本发明原理在压缩之前先对所有的图像进行内容比较，将相同的部分用同一种指定颜色进行遮蔽，一般情况下遮蔽区域占到待压缩图像的大部分面积。具体来说，首先由多幅图像内容中定义一个关键幅，并将关键幅与其它幅图像内容对比，从而获得每一幅图像内容相对于关键幅的相同部分，然后遮蔽这些相同的部分，依次进行量化处理(quantization)和抖色处理，最后利用字典法压缩图像；因为相同的部分已经加以遮蔽，所以剩下的不同部分的面积会缩小，压缩比相应提高。当解压缩播放图像时，先将关键幅解压缩并储存在暂存区中，对其余幅图像内容只需解压缩不同的部分，显示速度可大幅度提高。
关键幅定义的原理关键幅的定义涉及如何比较的问题，即每一幅图像以哪一幅为模板来遮蔽自己的相同部分。假定有一组图像共十幅，如过后九幅同第一幅比较平均每幅相同的像素为70％，而同第二幅比较则可能平均每幅相同的像素为80％。但是全部都比一遍则需比较几十次，如图像数较多则全部比较的次数以平方关系随幅数上升。此时，为避免不同幅图像的内容差异过大，可以采用多个关键幅的方式，即设定一个默认值，当某幅图像的遮蔽区域的面积小于此默认值，即认为图像内容同前一幅相比发生了较大变化，即将此幅也当作关键幅，不进行遮蔽，后续的图像内容则必须与所定义的每一个关键幅进行对比，求取出最接近的关键幅，而利用最接近的关键幅来遮蔽，并将其所对比的关键幅位置记入此遮蔽图像中；当然，也可以采用每一幅关键幅都使用的方式，只要有与关键幅相同的区域都加以遮蔽。经过处理的图像压缩后的存储量从总体上已远小于直接压缩的结果，而且，图像中颜色信息越丰富，压缩比越高。当图像内容被遮蔽处理后，其压缩数据相对处理前已经大大缩小，但是对于一定大小的图像，既使其中没有任何内容(例如全黑)，其压缩后也还是有一定存储量，为了进一步降低存储量，当大块的连续区域都经过遮蔽处理，则可将此区域裁减，而只记下其位置。经裁减后的图像面积也大大缩小，其压缩后存储量就更小，相似度很高的图像有时甚至会仅剩下几百，几十甚至零字节。
而本发明的量化处理是采用动态误差平衡的方式，即不指定量化色深，根据当前祯图像量化误差优化动态确定色深，利用位于最小颜色数与最大颜色数之间的固定色深对图像进行量化，可使每一幅图像内容具有相同的误差，也就是相同的品质；也可自由设定肉眼敏感度来调整不同的显示需求。本发明的量化处理方法如下(1)假定肉眼敏感的图像误差为a，最小颜色数为min，最大颜色数为max，令min＝1，max＝4096。
(2)以固定色深x量化当前图像，例如x＝256色。
(3)将量化后的图像同原有图像比较，计算出量化后每一像素的平均误差b。
(4)将b同a比较，如b＞a，则令min＝x，x＝(max+min)/2；如b＜a，则令max＝x；x＝(max+min)/2；如b＝a，则量化已满足误差要求，当前图像即为结果图像。
(5)再以x量化图像，计算出平均误差b。
(6)跳转到(4)执行。
用该量化处理方法得到的图像，每一幅都有相同的误差，也就是每一幅都有相同的图像品质，用户可以通过指定误差系数a来得到所需要的图像精度，来满足不同应用环境下的各种需求。
抖色处理是利用不同像素间的误差相互弥补，从而使总体图像的误差总和达到最低。常见的抖色处理方法有双线抖色、弗络伊德-斯登堡抖色法等，对已选好量化颜色的图像结合抖色，可取得更高的图像品质。在量化处理后进行抖色处理，是本发明存储方法的一个增强技术手段。
字典法压缩即建立对照目录的压缩原理，例如我们如果要表示某一个字，可以用一本通用的字典，然后说是第几页的哪一个字。换句话说，字典法就是在压缩过程中产生一个对照的字典，然后后面出现的符号就和前面建立的字典进行比较，如果有同样的符号在字典里出现，就以索引的方式来表示它，以此达到压缩的目的，常见的字典压缩法有LZ77、LZSS、LZW、LZA、LZH等，采用字典法来压缩可得到较高的压缩比。
当图像被解压缩时，一幅经遮蔽处理过的图像需要依赖关键幅或前一幅图像的内容来合成其本来的内容。这时先解压缩出关键幅(关键幅最好送入内存中缓冲，可以直接使用以加快合成速度)，然后解压缩出被遮蔽处理的图像，将其上的未遮蔽像素与关键幅其它部分合成为一幅图像则还原出该幅图像的内容。同样在最终显示图像内容是也不必把全部的图像数据送到显示装置上，而是只要把发生改变的部分送到显示装置就可以得到正确的结果。由于发生改变的部分的像素仅是全部图像面积的一小部分，可使得显示所需的数据量大大减少，从而使显示速度也明显提高。
以下通过图4所示具有相当高雷同性的四幅原始影视图像内容来说明，假定遮蔽颜色为黑色。以第一幅为关键幅，其它三幅与其进行对比，可以得到相当的遮蔽区域，参见图5，图中黑色区域即为遮蔽区域，可以看出，其它三幅同第一幅内容相同的部分都被遮蔽，使得后面三幅的数据内容大大简单化，也就是说压缩比大大提高。如果再配合大面积裁减，参见图6，裁减后每幅只剩下几个与关键幅内容不同的小图块，则可以得到更少的图像容量。
通过采用本发明的存储和显示方法，硬件处理能力为10mips的设备在实现了较高的影像压缩率(176*120影像平均每幅不到5k字节)的同时提供了快速的播放性能(176*120影像已超过10幅/秒)以及尽可能多的色彩空间。
权利要求
1.一种视频图像的存储方法，其特征在于该方法包括以下步骤101]读取一幅图像，判断该幅图像是否为第一幅图像，如果是，则进行步骤102]，如果否，则进行步骤103]；102]将该幅图像定义为关键幅，并进行步骤105]；103]将该幅图像与关键幅进行对比；104]对该幅图像与关键幅相同的区域进行遮蔽；105]对该幅图像进行量化处理；106]判断该幅图像是否为关键幅，如果是，则进行步骤108]，如果否，则进行步骤107]；107]删除连续大面积被遮蔽的区域，仅记录其位置；108]压缩图像并存储。
2.根据权利要求1所述的视频图像的存储方法，其特征在于所述量化处理包括以下步骤201]设定a为肉眼敏感度、b为平均误差、min为最小颜色数、max为最大颜色数、x为固定色深，其中固定色深x位于最大颜色数max与最小颜色数min之间，利用固定色深x来对图像进行量化处理；202]计算图像内容中每一像素的平均误差b；203]比对平均误差b与人眼相对于图像的肉眼敏感度a，当b＞a时，则进行步骤204]，当b＜a时，则进行步骤205]；当b＝a时，则结束量化处理。204]令min＝x、x＝(min+max)/2，然后进行步骤202]；205]令max＝x、x＝(min+max)/2，然后进行步骤202]。
3.根据权利要求1或2所述的视频图像的存储方法，其特征在于所述步骤105]和步骤106]之间包括以下步骤109]对该幅图像进行抖色处理。
4.根据权利要求1或2所述的视频图像的存储方法，其特征在于所述步骤103]和步骤104]之间包括以下步骤110]判断该幅图像与关键幅的内容差异量是否大于默认植，如果是，则进行步骤102]，如果否，则进行步骤104]。
5.根据权利要求3所述的视频图像的存储方法，其特征在于所述步骤103]和步骤104]之间包括以下步骤110]判断该幅图像与关键幅的内容差异量是否大于默认植，如果是，则进行步骤102]，如果否，则进行步骤104]。
6.根据权利要求5所述的视频图像的存储方法，其特征在于所述将该幅图像与关键幅进行对比的步骤具体为将该幅图像与所有关键幅进行对比，取得最接近的一个关键幅；所述将该幅图像与关键幅相同的区域进行遮蔽的步骤具体为将该幅图像与最接近的一个关键幅相同的区域进行遮蔽。
7.根据权利要求5所述的视频图像的存储方法，其特征在于所述将该幅图像与关键幅进行对比的步骤具体为将该幅图像与所有关键幅进行对比；所述将该幅图像与关键幅相同的区域进行遮蔽的步骤具体为将该幅图像与所有关键幅均相同的区域进行遮蔽。
8.根据权利要求1或2所述的视频图像的存储方法，其特征在于所述压缩图像的方法是采用字典法进行压缩。
9.一种对根据权利要求1所述的视频图像的存储方法生成的文件进行显示的方法，其特征在于该方法包括以下步骤301]解压缩一幅被压缩的图像；302]判断是否为关键幅，如果是，则进行步骤303]，如果否，则进行步骤304]；303]将关键幅数据放入缓存，同时进行步骤305]；304]利用所记录遮蔽区域的位置，从缓存中读取所参考的关键幅中遮蔽的图像数据，合成图像；305]将图像数据输出到显示设备，重复步骤301]。
全文摘要
本发明涉及一种视频图像的存储及显示方法。该存储方法包括读取一幅图像，判断其是否为第一幅图像；定义关键幅；与关键幅进行对比；对相同的区域进行遮蔽；进行量化处理；删除连续大面积被遮蔽的区域；压缩图像并存储。该显示方法包括解压缩一幅被压缩的图像；判断其是否为关键幅；将关键幅数据放入缓存；读取遮蔽的图像数据，合成图像；显示图像。本发明可在低端硬件设备上以低成本实现快速影视图像显示及存储，其解决了背景技术中低端硬件设备无法播放视频图像资料、高端硬件设备硬件成本高、设备耗电量高及接口设备成本高的技术问题，具有压缩比提高、显示速度提高、较好的色彩表现、设备成本低的优点。
文档编号G06T9/00GK1809150SQ20051004163
公开日2006年7月26日 申请日期2005年1月18日 优先权日2005年1月18日
发明者陈淮琰, 王小春, 闫海红 申请人:无敌科技(西安)有限公司