[发明专利]一种图像压缩和解压缩的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于图像压缩领域，具体地说，涉及一种图像压缩和解压缩的方法和装置。

背景技术

随着智能手机的普及，智能手机已经成为人们生活中的必需品。从其发展趋势上可以看出，智能手机的运算能力越来越强，网络连接速度越来越快。与此同时，与人们生活息息相关的汽车，其智能化速度却远远不及智能手机。在这种情况下，一种弥补这种不平衡的方法是，将车载终端和智能手机连接起来。图1是示意图，示出了车载终端和智能手机的协作方式。如图1所示，用户通过操作车载终端来控制智能手机，在一定程度上可将智能手机上的内容、软件应用等所包含的图像和声音发送到车载终端上显示和播放，从而可以利用智能手机提供的功能来完成某些任务，如导航、网络连接等。MirrorLink即是为该场景设计的协议。

通过图1可以看出，在两种设备之间传输的数据包括屏幕显示数据、声音数据、控制数据这三类。在这三类数据中，数据量最大从而占用传输网络带宽最多的是屏幕显示数据。例如，要传输一个分辨率为800×480的图像的话，若每个像素占用4个字节，则需要传输的数据量为800×480×4=1536000字节，即约1.5M字节。考虑到刷屏频率，例如假设屏幕每秒刷新10帧，则每秒需要传输的数据量为15M，这个数据量是十分巨大的。

在实际中，屏幕分辨率小于640×360的移动设备已经很少见。另一方面，如果刷屏频率小于10帧/秒，则画面会有明显的卡顿现象。因此，若要同时满足分辨率和刷屏频率的上述要求的话，设像素大小为4字节，则网络实际带宽就必须在15M/秒以上。屏幕分辨率越高、刷屏频率越快，则要求的带宽就越大。目前无线传输的理论带宽仅能能达到约15M/秒左右，实际带宽约为7M/秒左右，这显然无法满足上述要求。因此，如何减少传输的数据量就成为了一个重要的研究课题。

一种减少传输数据量的方法是，减少每个像素值所占的存储空间，即将32位（即4个字节）像素值转成16位（即2个字节）像素值。这样虽然损失一些显示效果，却节约一半的带宽。实际的效果表明，16位图像的显示效果对于MirrorLink这种应用场景来说是可容忍的。以前面的例子来说，若采用16位像素值进行传输，则需要的带宽降低一半，为7M/秒左右，这已经接近无线传输的实际带宽了。因此，在大多数MirrorLink的实现中，一般均采用16位像素值进行传输。

采用16位像素值进行传输后，仍需进一步减小数据传输量，以提高效率以及增大可扩展性。容易想到，可以将屏幕数据压缩后再进行传输，以减少数据的传输量。压缩数据到达接收端后，通过解压缩来获得原始数据。

然而，选择适用于移动设备和车载终端的压缩算法是一个很大的挑战。这是因为，这两种设备均属于嵌入式设备，运算能力都较弱。对于某些压缩算法来说，尽管其压缩比很大，但其压缩运算的复杂度比较高，会占用大量的CPU运算时间，使得刷屏频率反而降低。因此，需要选择一种运算复杂度与压缩比都适中的算法。

分析屏幕图像的像素数据可以发现，屏幕图像中重复的像素值占很大部分。因此，可以采用行程长度编码（run-length encoding，RLE）压缩算法进行压缩。该算法的压缩和解压缩都比较简单，不会占用大量的CPU运算时间，而且在屏幕图像像素值重复较多时能够获得较大的压缩比，因此很适合用于该场合。

图2是行程长度编码的原理图。该算法将原始的一元数据转换为二元数据，即从{数据元}转换为{重复次数，数据元}。如图2所示，设有一列数据AAABBBBCCCC，假设每个数据占用一个字节，则编码前该数据要占用的存储空间为11字节。采用RLE编码后，该列数据变为3A4B4C，即相邻的重复数据元不需要重复存储，只需要存储数据元及其重复次数即可。这列数据经RLE编码后仅需要6字节的存储空间，因此达到了压缩的目的。

使用RLE算法压缩图像时，利用图像像素值在每一像素行上都有可能重复的特点，通过逐行扫描的方式进行压缩。然而，对图像原始数据进行分析可以发现，图像像素如果发生重复，一般是成块重复，而不是以行为单位重复。因此，普通的行程长度编码并不能充分利用图像像素按区域重复的特征，因而不能有效地对图像进行压缩。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中存在的上述技术问题而做出，其目的在于提供一种图像压缩和解压缩的方法和装置，以改善行程长度编码算法的压缩效率和运算速度。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种图像压缩方法，其包括：

a）获取具有n行m列像素的图像，并创建空的存储文件；