基于視覺特性的動漫圖像優(yōu)選處理

劉學(xué)超

(淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，安徽 淮北 235000)

“終端動漫”是近年來隨著智能手機(jī)、移動終端等設(shè)備而發(fā)展起來的一種新形式，隨著3G、4G 網(wǎng)絡(luò)的普及應(yīng)用，這種新興的動漫產(chǎn)品正以它自身無可比擬的優(yōu)勢迅速占領(lǐng)市場。［1］然而目前移動終端仍然存在著成本高、傳輸速度慢、硬件存儲性能低等問題，嚴(yán)重制約了“終端動漫”發(fā)展，為了盡量提升用戶的體驗(yàn)感，如何更好的對終端動漫的圖像進(jìn)行傳輸、存儲、輸出及顯示，是擺在我們面前的一個重要問題。

動漫類圖像圖片多采用JPEG 格式進(jìn)行壓縮處理，此格式在進(jìn)行高倍壓縮時容易產(chǎn)生視覺塊狀模糊噪點(diǎn)，因此我們需要在將動漫圖片的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)選處理，以保證壓縮質(zhì)量和視覺效果。

色彩量化技術(shù)是圖像處理中廣泛采用的一種方式，業(yè)界提出的幾種經(jīng)典量化算法都有其對應(yīng)的應(yīng)用場合和自身的優(yōu)缺點(diǎn)，由于動漫圖片其自身的特點(diǎn)及應(yīng)用平臺，傳統(tǒng)的圖像處理算法效果并不是很好，文章在分析了各類經(jīng)典算法和改進(jìn)算法基礎(chǔ)之上，提出基于視覺特性的動漫圖片優(yōu)選算法(Visual characteristics based algorithm VCBA)，VCBA 算法包括三個模塊:(1)色彩量化處理(2)編碼存儲(3)解碼輸出。

1 色彩量化處理

圖1 色彩量化處理算法流程圖

該模塊主要是將圖片中的色彩值進(jìn)行量化，將其中的關(guān)鍵顏色予以保留，其余顏色按相應(yīng)的算法替換成關(guān)鍵顏色中的相近顏色，以減少圖像顏色值種類。在進(jìn)行優(yōu)選時，要協(xié)調(diào)色彩頻度與距離，選擇合適的權(quán)值，保證圖片的層次感滿足觀賞者的視覺感受。［2］色彩量化的具體優(yōu)選取算法如下圖1 所示，其中原圖sr_ img，關(guān)鍵主導(dǎo)顏色數(shù)為K，色差歸并閾值w1、w2，調(diào)色板輸入顏色集為P。

2 圖像編碼存儲模塊

存儲模塊主要負(fù)責(zé)將原始圖像中和顏色信息依照算法映射到調(diào)色板顏色集中，并存儲壓縮之后的圖像。［3］把原始圖像按像素點(diǎn)分割，找出每個像素x 與量化過之后的調(diào)色板中最接近的顏色，并以此顏色建立索引，對原圖像像素進(jìn)行編碼。使用這種方法假定調(diào)色板的顏色個數(shù)為M，現(xiàn)在只需存儲2

M 位數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓縮存儲的目的。算法描述如下:

輸入:原始圖像sr_ img，調(diào)色板顏色集P，圖像寬度wid，圖像高度hei

輸出:文件格式lut. gz

(1)對二維顏色映射表PC_ index 賦初值，行數(shù)=hei，列數(shù)=wid，i=0。

(2)判斷i = = hei，如果是，流程跳轉(zhuǎn)到(4)，否則j=0。

(3)判斷j= =wid，如果是，則i =i +1，流程跳轉(zhuǎn)到(2)。否則取原圖像src_ img 中坐標(biāo)為［i］［j］的像素，比對顏色值C ［i］ ［j］與調(diào)色板顏色集P，找到與Ci 最接近的顏色值Pm，PC_index ［i］［j］ =m，j=j+1，循環(huán)步驟(3)。

(4)保存wid，hei，P，PC_index 到文件lut.ga中，文件采用gzip 標(biāo)準(zhǔn)壓縮存儲。

3 圖像解碼輸出模塊

解碼輸出模塊實(shí)際上就是對存儲過程的反向操作。對前一步驟的文件進(jìn)行解壓縮，讀取其中的文件數(shù)據(jù)輸出圖像到顯示器。［4］相對來說，解碼輸出操作最為簡單，具體操作算法如下所示:

輸入:文件lut. gz

輸出:重構(gòu)圖dst_ img

(1)對文件lut. gz 解壓，讀取圖像寬度值wid，高度值hei，調(diào)色板顏色集P，二維顏色映射表PC_ index。

(2)根據(jù)上述數(shù)據(jù)重新構(gòu)圖dis_ img。

(3)將dis_ img，顯示輸出。

4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

將VCBA 算法的三個方面對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對分析其性能。

4.1 色彩量化效果對比分析

實(shí)驗(yàn)中我們挑選了幾幅有代表性的圖片進(jìn)行比對，其中有些圖片色彩層次非常豐富，有些圖片則注重動畫的細(xì)節(jié)表現(xiàn)，這樣比對結(jié)果更具有一般性。實(shí)驗(yàn)中我們分別采用VCBA 算法、LBG 算法、頻度序列算法對圖片進(jìn)行色彩量化。

圖2 VCBA 算法處理效果圖

從圖中我們可以看到經(jīng)VCBA 算法處理過的圖片顏色數(shù)得到了最大程度的量化，與原始圖片較為接近，而且我們可以看局部放大對比圖中，氣泡的光暈過渡銜接自然，層次紋理清晰，綜上所述，VCBA 算法無論是對注重色彩圖片還是注重層次細(xì)節(jié)的圖片都具有良好的量化效果。［5］

4.2 壓縮效果對比分析

評價圖片壓縮效果的兩個常用指標(biāo)分別是壓縮比和圖像質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)選取5 幅BMP 格式圖片分別采用VCBA 算法、JPEG、JPEG2000 進(jìn)行壓縮，結(jié)果如下表所示:

表1 壓縮率對比(單位:KB)

從表1 中可以看出VCBA 算法壓縮后文件占用空間最小，下面再比對一下圖片的壓縮質(zhì)量，這里采用PSNR (峰值信噪比)作為圖像質(zhì)量的評價標(biāo)準(zhǔn)，PSNR 值越高，圖片質(zhì)量越好。PSNR =10*lg2552/MSN 其中MSN 的計(jì)算公式如下所示:

三種方法經(jīng)計(jì)算得出PSNR 值如下表2 所示:

表2 PSNR 對比結(jié)果(單位:dB)

從表2 中不難看出VCBA 算法PSNR 值最高，綜上我們得出在壓縮效果上，VCBA 算法無論是壓縮比還是圖像質(zhì)量均優(yōu)于其他兩種方法。

4.3 編碼/解碼時間

表3 三種算法的編碼/解碼時間對比(單位:ms)

表3 的數(shù)據(jù)清晰的反映出:JPEG 在編解碼上效率最高，JPEG2000 效果居中，而VCBA 算法在這一部分效果最差，平均時間在100ms 左右，其大量時間耗費(fèi)在色階量化和圖像存儲上，因此操作人員如果在不考慮時間效率的前提下，VCBA 算法是目前性能最好的一種操作方法。

5 結(jié)語

終端動漫目前是互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸中的一項(xiàng)重要業(yè)務(wù)，文章在保證素材視覺效果的前提下提出對終端動漫的色彩量化、存儲等方面的操作經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明具有良好的效果。［6］未來我們會對算法的時間效率做進(jìn)一步的改進(jìn)，以提高圖片的編碼/解碼時間。

［1］馬金祥. 中國手機(jī)動漫產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究［D］. 西安:西安科技大學(xué)，2012.

［2］魏小燕. 基于色階值總和的快速映射研究［D］. 廈門大學(xué)，2010.

［3］孫家廣. 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)［M］. 北京:清華大學(xué)出版社，2014:245－247.

［4］付達(dá)杰. 我國手機(jī)動漫發(fā)展困境及其出路探析［J］. 信息通信，2013，(1):227－228.

［5］宋淑彩，趙巍. 新媒體時代中國手機(jī)動漫產(chǎn)業(yè)發(fā)展［J］. 河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，26(1):23－28.

［6］周兵. 基于顏色對比的色彩量化算法［J］. 計(jì)算機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，29(8):83－87.