分段图像数据的无损压缩的制作方法
【专利说明】分段图像数据的无损压缩
[0001] 对其他申请的交叉引用 该申请要求于2012年8月21日提交的题为LOSSLESSCOMPRESSIONOFFRAGMENT邸INTEGERIMAGEDATA(分段整数图像数据的无损压缩）的美国临时专利申请号61/691，735 的权益，其为了所有目的通过引用合并于此。
【背景技术】
[0002] 计算、存储和通信介质必须应对越来越大量的数字数据。数据量的增加导致对高 速传输、高容量和高吞吐量存储W及数据归档的极大需求。为了适应该数据增长，高效压缩 技术已变得越来越重要。
【附图说明】
[0003] 本发明的各种实施例在下列详细描述和附图中公开。
[0004] 图1图示如何将二维图像分成多个一维片段的实施例。
[0005] 图2图示如何将图像放在盘上的实施例并且图示片段和片段界限。
[000引图3图示包括元组并且示出信道巧包括在该些元组内的某些坐标)的输入序列的 实施例。
[0007] 图4图示信道变换的实施例。
[0008] 图5图示将像素值映射成(水平，值）形式的实施例。
[0009] 图6图示阔值选择算法的实施例。
[0010] 图7图示压缩过程的实施例。
[0011] 图8图示1阶霍夫曼码的实施例。
[0012] 图9图示执行2阶霍夫曼码的过程的实施例。
[0013] 图10图示利用压缩的归档存储系统的实施例。
[0014] 图11图示在硬件中实现的片段压缩算法的实施例。
【具体实施方式】
[0015] 本发明可W采用许多方式实现，包括作为；过程；设备；系统；物质组成；计算机可 读存储介质上包含的计算机程序产品；和/或处理器，例如配置成执行存储在存储器(其禪 合于处理器)上和/或由该存储器提供的指令的处理器。在该说明书中，该些实现或本发明 可采取的任何其他形式可称为技术。一般，公开的过程的步骤的顺序可在本发明的范围内 更改。除非另外规定，例如描述为配置成执行任务的处理器或存储器等部件可实现为暂时 配置成在指定时间执行任务的通用部件或被制造来执行任务的特定部件。如本文使用的， 术语'处理器'指一个或多个装置、电路和/或处理核，其配置成处理例如计算机程序指令 等数据。
[0016] 本发明的一个或多个实施例的详细描述在下文连同图示本发明的原理的附图一 起提供。本发明连同该样的实施例描述，但本发明不限于任一个实施例。本发明的范围仅 由权利要求限制并且本发明包含许多备选、修改和等同物。在下列描述中阐述许多具体细 节W便提供本发明的全面理解。为了示例目的提供该些细节，并且本发明可根据权利要求 实践而没有该些具体细节中的一些或全部。为了清楚起见，在与本发明有关的技术领域中 已知的技术材料未被详细描述使得不会不必要地掩盖本发明。
[0017] 在本文描述整数值序列的无损压缩的技术。在一些实施例中，整数值序列可代表 任意图像或传感器数据的片段。
[0018]图像数据已变成主导数据类型，并且它是在数字信息世界中由各种源产生的数据 的最快增长段之一。尽管例如JPEG等有损压缩技术具有许多用例，它们无法满足若干重要 应用的要求，其包括医学影像(例如CT扫描图像、MRI图像等）和高清晰度电影图像。该些 应用需要压缩它们的图像并且采用无损方式存储它们，该意指可W对压缩版本解压W完整 地恢复原始图像而没有任何数据损失。
[0019] 在数据传输和数据存储系统采用压缩方法来减少网络带宽和数据存储占用空间 时，它们通常需要将数据分成片段。例如，数据传输协议通常需要将数据流分成片段W便一 次传输数据包。去除重复文件系统通常需要将数据存储在相对小的单元中，例如大小固定 的块或大小可变的段。
[0020] 因为图像可W很大，具有可从陕速压缩图像的小的片段并且实现高压缩比和更简 单的硬件压缩实现的无损压缩方法，该是非常可取的。此外，片段可W使用多个计算元件 (或核）或多个软件元件(或线程）或该两者来独立压缩和解压。
[0021] 图1图示如何将二维图像分成多个一维片段的实施例。每个片段可包括一个 或多个行的一部分。图2图示如何将图像放在盘上的实施例并且图示片段和片段界限。
[0022] 本文公开的无损压缩技术可用于采用无损方式高效压缩每个片段并且还可用于 扩展压缩片段而不参考其他片段或元数据。
[002引压缩算法 综览 在各种实施例中，到压缩算法的输入是k个元组的整数值序列，其源于图像或传感器 数据片段。包括每个元组的第i个坐标的该值序列称为信道；可存在k个该样的信道。例 女口，在图像数据的情况下，每个元组可与单个像素关联。每个信道在该里是颜色分量(例如， 红、绿和蓝)，其中一个元组的坐标代表像素处的颜色信息。在各种实施例中，本文描述的压 缩算法可用于通过利用信道内和跨信道的连续性性质而无损地对输入编码。在一些实施例 中，利用连续性性质通过至少执行变换来消除信道内和跨信道的兀余并且基于数据的统计 信息对所得的序列无损地编码而执行。在一些实施例中，使用可W适应于数据性质但同时 需要非常少的空间来代表它所依赖的数据的性质的灵活编码方案。
[0024]图3图示包括元组并且示出信道的输入序列的实施例，所述信道包括元组内的某 些坐标。例如，对于序列的第一元组，Ai、Bi和C1中的每个对应于信道并且每个表示为整数 值。例如，信道1的整数值（Ai、A2、…A。）可与红色分量关联，信道2的整数值（Bi、B2、… B。）可与绿色分量关联，并且信道3的整数值（Ci、C2、…C。）可与蓝色分量关联。
[00幼数据变换 在一些实施例中，在执行压缩之前执行若干变换作为预处理。一般，该些变换的目的是 利用数值的兀余和连续性性质并且将它们转换成较小的值，其可W被更高效压缩。在各种 实施例中，变换是可逆的，使得值的原始序列可从变换序列获得。
[0026] 逐点信道变换 在一些实施例中，在逐点信道变换中，跨信道的兀余通过对单个像素的信道值应用可 逆变换而消除，其中独立地对每个像素应用该变换。为了便于压缩，可选地，制成新的信道 集的信道可凭借可逆变换而变换，使得该新的信道集比原始集可压缩得更好。可使用的变 换的示例包括(可逆）线性变换W及位重组操作。作为后者的示例，几个信道的MSB(最高 有效字节）可W分组在一起来产生新的信道W实现更高效编码。
[0027] 图4图示信道变换的实施例。如在给出示例中示出的，每个整数包括两个字节，其 中一个字节是最高有效字节而另一个是最低有效字节。每个原始信道可包括与相同颜色分 量关联的整数。如在示例中示出的，顶部原始信道包括与红色关联的两个字节整数，中间原 始信道包括与绿色关联的两个字节整数，并且底部原始信道包括与蓝色关联的两个字节整 数。原始信道可被变换使得顶部变换信道包括来自原始红色信道和原始绿色信道的一系列 最高有效字节，中间变换信道包括来自原始红色信道和原始绿色信道的一系列最低有效字 节，而底部变换信道仍然与原始蓝色信道相同（具有它的交替最高有效字节和最低有效字 节)。
[0028] 在一些实施例中，潜在信道变换通过估计它们所产生的新的信道的可压缩性来评 估。为了评估潜在信道变换，选择合适的函数e(X)，其估计对数值X编码所需要的位的数 量。例如，抑苗=可用作对X编码所需要的位的数量的估计。
[002引空间数据变换 在一些实施例中，在空间数据变换中，消除兀余并且信道内的连续性通过对连续像素 的特定信道的值应用可逆变换而利用。
[0030] 让A成为期望被压缩的特定片段中的特定(变换或未变换）信道（即，数值序列)。 然后Ai代表信道A的第i个元素。
[0031] 让X代表在变换后获得的序列。可W使用下列变换。
[0032] 微分变换；在该里从它前面的元素扣除每个元素。从而， A; ^ 对于於' i 怎=A-对于/=1 X0R变换；在该里取每个元素和它前面的元素的X0R。从而： -砖/Jfxor.4帥对于 />1 义/ = 对于!心1 在一些实施例中，可考虑额外变换，例如应用差分变换(二次）和其他该样的变化。
[0033] 将变换值序列映射成(水平，值）对 应用各种变换，接着在每个变换信道中对值序列执行压缩。在一些实施例中，值序列 (对于单个变换信道）称为"输入序列"。为了压缩输入序列，使用适应于要表示的值的统计 信息的可变长度码。然后，在各种实施例中，序列的编码将包括统计信息(可变长度码可W 通过解码器从其重建)的合适表示、后跟值自身的编码。然而，因为可能值的空间非常大，选 择在设计可变长度码中使用的统计信息应被选择使得统计信息自身的表示未占用很多空 间。为了该样做