圖像壓縮方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種圖像壓縮方法，包括以下步驟：對圖像進行稀疏表示，獲取每一個圖像幀的稀疏表示結(jié)果；對稀疏表示結(jié)果進行位平面編碼，以獲取位平面編碼結(jié)果；對位平面編碼結(jié)果進行熵編碼，以獲取熵編碼結(jié)果，并對熵編碼結(jié)果進行碼流組織打包得到最終的壓縮碼流。本發(fā)明的方法，編碼復雜度低、效率高、容錯能力強、壓縮性能高。本發(fā)明還提出一種圖像壓縮系統(tǒng)。
【專利說明】圖像壓縮方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像壓縮【技術(shù)領域】，尤其涉及一種圖像壓縮方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 星上全色圖像（譜段范圍通常為450nm?900nm)是通過全色TDIC⑶相機對地物 推掃成像獲取的具有空間信息的二維數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)能夠提供豐富的地物細節(jié)，被廣泛應用 于資源勘探、軍事偵察和環(huán)境保護等領域。隨著空間全色TDICCD相機的空間分辨率、輻射 分辨率、時間分辨率、大視場、寬覆蓋等指標不斷提高，導致全色TDICCD相機采用的TDICCD 拼接片數(shù)和讀出速率也不斷增多和提高，平均攝像時間增大，從而使數(shù)字化后的圖像數(shù)據(jù) 量大幅增加。現(xiàn)有星載存儲器容量有限，衛(wèi)星信道帶寬受限，無法適應星上全色圖像的海量 數(shù)據(jù)。因此，必須要對星上全色圖像進行壓縮。
[0003] 星上全色圖像數(shù)據(jù)具有兩種冗余：空間間冗余和數(shù)據(jù)間符合冗余。因此，全色圖 像壓縮的目的就是消除這兩種冗余。目前，星上全色圖像壓縮多采用基于小波變換的方 法，如2003年在BilSAT-1 (SSTL-Turkey)衛(wèi)星上使用的圖像壓縮算法為JPEG2000算法。 JPEG2000算法使用DWT (Discrete Wavelet Transform)的空間去相關性方法，算法實現(xiàn)平 臺為？?6八+05?(乂(^30(^+了]^32(^6701)。2005年，空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會（0^05)的圖像 數(shù)據(jù)壓縮工作組（IDC)制定了新一代空間應用的圖像壓縮標準CCSDS122.0-B-1，該算法也 采用小波變換。然而，小波變換對于邊緣和輪廓等紋理程度信息豐富的星上全色圖像而言， 不是一種最優(yōu)的稀疏表達，會產(chǎn)生大量大幅度的高頻系數(shù)，不利于后續(xù)的子帶編碼，使得壓 縮算法的壓縮性能較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0005] 為此，本發(fā)明的第一個目的在于提出一種編碼復雜度低、效率高、容錯能力強、壓 縮性能高的圖像壓縮方法。
[0006] 本發(fā)明的第二個目的在于提出一種圖像壓縮系統(tǒng)。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面實施例的圖像壓縮方法，包括以下步驟：對圖 像進行稀疏表示，獲取每一個圖像幀的稀疏表示結(jié)果；對所述稀疏表示結(jié)果進行位平面編 碼，以獲取位平面編碼結(jié)果；對所述位平面編碼結(jié)果進行熵編碼，以獲取熵編碼結(jié)果，并對 所述熵編碼結(jié)果進行碼流組織打包得到最終的壓縮碼流。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像壓縮方法，采用一種低復雜度的單基字典后變換的進行 圖像稀疏表示，并利用碼率控制器對位平面編碼中的每個段進行動態(tài)碼率分配，編碼器復 雜度低，編碼效率高，壓縮性能高。
[0009] 在一些示例中，所述對圖像進行稀疏表示具體包括：對每一個圖像巾貞進行3級二 維9/7離散小波變換，得到相應圖像幀的低頻子帶和高頻子帶；對所述高頻子帶進行單基 字典后變換，以獲取AC系數(shù)以及邊信息。
[0010] 在一些示例中，單基字典后變換選擇采用不同的評價函數(shù)，其具體選擇過程包括： 根據(jù)壓縮比參數(shù)計算壓縮幀開銷的字節(jié)數(shù)；根據(jù)所述字節(jié)數(shù)計算碼率，當所述碼率為高碼 率時，后變換采用U范數(shù)方法，當所述碼率為低碼率時，后變換采用U范數(shù)方法。
[0011] 在一些示例中，所述位平面編碼具體包括：獲取DC系數(shù)，并對所述DC系數(shù)進行初 始化；提取段頭信息并對所述AC系數(shù)比特進行深度編碼；提取AC系數(shù)和剩余DC系數(shù)進行 位平面編碼；將所述邊信息嵌入到位平面編碼的碼流中，得到位平面編碼結(jié)果。
[0012] 在一些示例中，當位平面編碼的碼流達到預設閾值時，則停止位平面編碼。
[0013] 在一些示例中，采用基于所述單基字典后變換的中間量以及碼率動態(tài)分配的控制 所述位平面編碼的碼流。
[0014] 在一些示例中，還對所述低頻子帶進行預測編碼，并對預測殘差進行熵編碼。
[0015] 本發(fā)明第二方面實施例的圖像壓縮系統(tǒng)，包括：圖像稀疏表示模塊，用于對圖像進 行稀疏表示，獲取每一個圖像幀的稀疏表示結(jié)果；位平面編碼模塊，用于對所述稀疏表示結(jié) 果進行位平面編碼，以獲取位平面編碼結(jié)果；熵編碼模塊，用于對所述位平面編碼結(jié)果進行 熵編碼，以獲取熵編碼結(jié)果，并對所述熵編碼結(jié)果進行碼流組織打包得到最終的壓縮碼流。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像壓縮系統(tǒng)，采用一種低復雜度的單基字典后變換的進行 圖像稀疏表示，并利用碼率控制器對位平面編碼中的每個段進行動態(tài)碼率分配，編碼器復 雜度低，編碼效率高，壓縮性能高。
[0017] 在一些示例中，所述圖像稀疏表示模塊具體執(zhí)行以下步驟實現(xiàn)對圖像的稀疏表 示：對每一個圖像幀進行3級二維9/7離散小波變換，得到相應圖像幀的低頻子帶和高頻子 帶；對所述高頻子帶進行單基字典后變換，以獲取AC系數(shù)以及邊信息。
[0018] 在一些示例中，所述單基字典后變換選擇采用不同的評價函數(shù)，其具體選擇過程 包括：根據(jù)壓縮比參數(shù)計算壓縮幀開銷的字節(jié)數(shù)；根據(jù)所述字節(jié)數(shù)計算碼率，當所述碼率 為高碼率時，后變換采用范數(shù)方法，當所述碼率為低碼率時，后變換采用U范數(shù)方法。
[0019] 在一些示例中，所述位平面編碼模塊中具體執(zhí)行以下步驟實現(xiàn)位平面編碼：獲取 DC系數(shù)，并對所述DC系數(shù)進行初始化；提取段頭信息并對所述AC系數(shù)比特進行深度編碼； 提取AC系數(shù)和剩余DC系數(shù)進行位平面編碼；將所述邊信息嵌入到位平面編碼的碼流中，得 到位平面編碼結(jié)果。
[0020] 在一些示例中，所述熵編碼模塊還用于對所述低頻子帶進行預測編碼，并對預測 殘差進行熵編碼。
[0021] 在一些示例中，還包括：碼率控制模塊，用于實現(xiàn)單基字典后變換選擇不同的評價 函數(shù)、分配位平面編碼的動態(tài)碼流、控制所述碼流的預設閾值以停止位平面編碼以及對熵 編碼的碼率進行控制。
[0022] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的圖像壓縮方法的流程圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明一個實施例的圖像壓縮方法的過程示意圖；
[0025] 圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的圖像壓縮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；和
[0026] 圖4是本發(fā)明一個實施例的圖像壓縮系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0027] 下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0028] 為星上全色圖像的壓縮方法提供新的技術(shù)手段是本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，為 此，本發(fā)明的第一方面的實施例中提出了一種低復雜度的圖像壓縮方法，包括以下步驟：對 圖像進行稀疏表示，獲取每一個圖像幀的稀疏表示結(jié)果；對稀疏表示結(jié)果進行位平面編碼， 以獲取位平面編碼結(jié)果；對位平面編碼結(jié)果進行熵編碼，以獲取熵編碼結(jié)果，并對熵編碼結(jié) 果進行碼流組織打包得到最終的壓縮碼流。
[0029] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的圖像壓縮方法的流程圖。圖2是本發(fā)明一個實施 例的圖像壓縮方法的過程示意圖。結(jié)合圖1和圖2具體描述本發(fā)明實施例的圖像壓縮方法。
[0030] 將全色(XD以行為單位的圖像構(gòu)造成以幀為單位圖像，記為Xi(i = 1，2,3，…， N)。
[0031] 步驟S101 :對圖像進行稀疏表不，獲取每一個圖像巾貞的稀疏表不結(jié)果。
[0032] 具體地，對圖像進行稀疏表示包括：
[0033] (1)對每一個圖像幀進行3級二維9/7離散小波變換，得到相應圖像幀的低頻子 帶和高頻子帶。即當前幀Xi采用3級9/7提升小波變換，得到1個低頻子帶LL和9個高 頻子帶 HL1，HL2, HL3, LH1，LH2, LH3, HH1，HH2, HH3。每個高頻子帶 HL3, LH3, HH3 和 HL1， LH1，HH1中小波系數(shù)以4*4大小組織成若干塊，記為A"i = 1，2, 3,…，J)。每個高頻子帶 HL2，LH2，HH2中小波系數(shù)以2*2大小組織成若干塊，記為Bji = 1，2,3，·，.，Κ)。
[0034] (2)對高頻子帶進行單基字典后變換，以獲取AC系數(shù)以及邊信息。
[0035] 具體地，在本發(fā)明的實施例中，每個塊化和&的位置不變，并將待后變換塊記為 fw(w=l，2,3，m^W)。對每個塊進行Hadamard單基字典后變換，得到后變換系數(shù)和邊信 息。在后變換時使用的基字典只有一個Hadamard基，Hadamard基運算只有加法和移位運 算，計算十分簡單，且便于硬件實現(xiàn)，而且具有較高的壓縮性能。
[0036] 首先對進行后變換，將系數(shù)塊執(zhí)行單基后變換，后變換計算式為：
[0037]

【權(quán)利要求】
1. 一種圖像壓縮方法，其特征在于，包括以下步驟： 對圖像進行稀疏表示，獲取每一個圖像幀的稀疏表示結(jié)果； 對所述稀疏表示結(jié)果進行位平面編碼，以獲取位平面編碼結(jié)果； 對所述位平面編碼結(jié)果進行熵編碼，以獲取熵編碼結(jié)果，并對所述熵編碼結(jié)果進行碼 流組織打包得到最終的壓縮碼流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對圖像進行稀疏表示具體包括： 對每一個圖像幀進行3級二維9/7離散小波變換，得到相應圖像幀的低頻子帶和高頻 子帶； 對所述高頻子帶進行單基字典后變換，以獲取AC系數(shù)以及邊信息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，單基字典后變換選擇采用不同的評價函 數(shù)，其具體選擇過程包括： 根據(jù)壓縮比參數(shù)計算壓縮幀開銷的字節(jié)數(shù)； 根據(jù)所述字節(jié)數(shù)計算碼率，當所述碼率為高碼率時，后變換采用U范數(shù)方法，當所述 碼率為低碼率時，后變換采用L〇范數(shù)方法。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述位平面編碼具體包括： 獲取DC系數(shù)，并對所述DC系數(shù)進行初始化； 提取段頭信息并對所述AC系數(shù)比特進行深度編碼； 提取AC系數(shù)和剩余DC系數(shù)進行位平面編碼； 將所述邊信息嵌入到位平面編碼的碼流中，得到位平面編碼結(jié)果。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當位平面編碼的碼流達到預設閾值時，則 停止位平面編碼。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，采用基于所述單基字典后變換的中間量 以及碼率動態(tài)分配的控制所述位平面編碼的碼流。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，還對所述低頻子帶進行預測編碼，并對預 測殘差進行熵編碼。
8. -種圖像壓縮系統(tǒng)，其特征在于，包括： 圖像稀疏表示模塊，用于對圖像進行稀疏表示，獲取每一個圖像幀的稀疏表示結(jié)果； 位平面編碼模塊，用于對所述稀疏表示結(jié)果進行位平面編碼，以獲取位平面編碼結(jié) 果； 熵編碼模塊，用于對所述位平面編碼結(jié)果進行熵編碼，以獲取熵編碼結(jié)果，并對所述熵 編碼結(jié)果進行碼流組織打包得到最終的壓縮碼流。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像稀疏表示模塊具體執(zhí)行以下步 驟實現(xiàn)對圖像的稀疏表示： 對每一個圖像幀進行3級二維9/7離散小波變換，得到相應圖像幀的低頻子帶和高頻 子帶； 對所述高頻子帶進行單基字典后變換，以獲取AC系數(shù)以及邊信息。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，單基字典后變換選擇采用不同的評價函 數(shù)，其具體選擇過程包括： 根據(jù)壓縮比參數(shù)計算壓縮幀開銷的字節(jié)數(shù)； 根據(jù)所述字節(jié)數(shù)計算碼率，當所述碼率為高碼率時，后變換采用U范數(shù)方法，當所述 碼率為低碼率時，后變換采用L〇范數(shù)方法。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述位平面編碼模塊中具體執(zhí)行以下步 驟實現(xiàn)位平面編碼： 獲取DC系數(shù)，并對所述DC系數(shù)進行初始化； 提取段頭信息并對所述AC系數(shù)比特進行深度編碼； 提取AC系數(shù)和剩余DC系數(shù)進行位平面編碼； 將所述邊信息嵌入到位平面編碼的碼流中，得到位平面編碼結(jié)果。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熵編碼模塊還用于對所述低頻子帶 進行預測編碼，并對預測殘差進行熵編碼。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括： 碼率控制模塊，用于實現(xiàn)單基字典后變換選擇不同的評價函數(shù)、分配位平面編碼的動 態(tài)碼流、控制所述碼流的預設閾值以停止位平面編碼。
【文檔編號】H04N19/64GK104065974SQ201410306690
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】李進, 尤政, 邢飛, 王翀 申請人:清華大學