一種具有抗誤碼機制的幀間無損編碼與智能解碼方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有抗誤碼機制的幀間無損編碼與智能解碼方法，包括：星上編碼步驟：獲取序列圖像f；把圖像fk,k＝1,2,...劃分成互不重疊的子塊；令第3j+1,j＝0,1,...幀圖像為參考幀圖像，進行分塊JPEG-LS編碼；而第3j+2和3j+3幀圖像參考第3j+1幀圖像進行幀間無損編碼；每K個子塊后插入一組EDC信息形成檢錯碼流；進行RS(m,n)糾錯編碼；在壓縮碼流中加入每幀的壓縮幀頭和幀尾。地面解碼步驟：采用距離最小化準則從碼流中搜索壓縮幀頭并提取一幀的壓縮碼流；在幀頭中提出多份壓縮參數(shù)信息；進行RS(m,n)解碼；搜索EDC識別碼；第3j+1幀每個子塊獨立進行JPEG-LS解碼，而第3j+2和3j+3幀圖像參考第3j+1幀圖像進行幀間解碼，并拼接成完整的圖像。本發(fā)明方法不僅對序列圖像的壓縮效果較好，而且利用RS方法可以很好地糾正誤碼。
【專利說明】-種具有抗誤碼機制的順間無損編碼與智能解碼方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像處理與信號傳輸相結(jié)合的交叉科技【技術領域】，具體設及一種具有 抗誤碼機制的帖間無損編碼與智能解碼方法。

【背景技術】
[0002] 隨著星載成像載荷種類和分辨率的提高，在有效觀測時間段內(nèi)衛(wèi)星獲取的圖像數(shù) 據(jù)量越來越大。受地面接收站地理分布、星上存儲資源、下傳帶寬能力等限制，海量的圖像 數(shù)據(jù)給衛(wèi)星數(shù)據(jù)管理造成極大的壓力，進行星載圖像壓縮是解決該問題的必然選擇。衛(wèi)星 圖像獲取的代價較高，并且圖像數(shù)據(jù)本身也是非常重要的，因此，一般星載壓縮系統(tǒng)常采用 JPEG-LS無損壓縮技術。
[0003] JPEG-LS是針對連續(xù)色調(diào)圖像無損壓縮的ISO/ITU標準，是對靜止圖像實現(xiàn)了低 復雜度和高壓縮比的有效統(tǒng)一，然而星載成像傳輸技術中，活動的圖像是衛(wèi)星關注的主要 對象。衛(wèi)星圖像是由時間上W帖周期為間隔的連續(xù)圖像組成的時間圖像序列。序列圖像 中，圖像在時間上比在空間上通常具有更大的相關性，有時相鄰兩帖圖像的差別僅僅是目 標的移動，如圖1所示。傳統(tǒng)的帖間差分編碼方法和具有運動補償?shù)奶g預測方法把圖像 劃分成許多互不重疊的、相同大小的子塊，不同子塊利用時間維冗余在參考帖中自適應選 擇一個最優(yōu)的模板，如圖2所示，采用該個模板進行預測，使子塊內(nèi)的累計預測誤差絕對值 最小。如果圖像空間細節(jié)很少或者目標運動量較小時，傳統(tǒng)帖間編碼方法的編碼效率很高， 但當圖像的空間細節(jié)豐富時，有時子塊的帖間相關性比帖內(nèi)相關性還差，傳統(tǒng)帖間編碼方 法的編碼效率則相對較低。
[0004] 在星地傳輸通信時，由于傳輸介質(zhì)的開放性使得信號極易受外界環(huán)境的干擾，導 致壓縮碼流傳輸過程中出現(xiàn)誤碼。基于預測的帖內(nèi)或帖間無損編碼方法對誤碼現(xiàn)象非常敏 感，即使一個比特的錯誤也會導致錯誤嚴重擴散，因此必須采取相應的措施提高碼流數(shù)據(jù) 的抗誤碼能力。一般在數(shù)據(jù)傳輸通信中，可W采用重傳協(xié)議來保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。然而， 對于衛(wèi)星通信，重傳并不可行。該一方面是由于衛(wèi)星通信有實時性要求，另一方面衛(wèi)星圖像 編碼后的數(shù)據(jù)量大，反復重傳會導致信道堵塞。地面解壓縮系統(tǒng)對存在誤碼的壓縮碼流進 行解碼，致使解壓縮圖像與真實的衛(wèi)星觀測圖像出現(xiàn)誤差，給衛(wèi)星圖像分析和解釋W及后 續(xù)的應用造成很大的困難。
[0005] 綜上所述，需要研究新的數(shù)字圖像處理技術，來提高序列圖像的壓縮比，并提高壓 縮碼流的抗誤碼能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種具有抗誤碼機制的帖間無損編碼與智能解碼方法，該 帖間無損編碼方法彌補了傳統(tǒng)壓縮方法只是利用序列圖像帖內(nèi)或帖間相關性的盲目性，充 分利用序列圖像在空間和時間上的相關性，從而能有效地提局序列圖像的編碼效率。同時 本發(fā)明提出的方法在信源編碼時通過引入分塊技術和檢糾錯編碼技術彌補了傳統(tǒng)星載壓 縮算法對星地傳輸過程中出現(xiàn)誤碼現(xiàn)象比較敏感的問題。
[0007] 在具體介紹本發(fā)明之前，先介紹一些概念和方法：
[000引 1)檢糾錯巧rror Detection and Correction,邸C)編碼；把圖像分成MXN大 小的子塊，每個子塊獨立進行編碼，然后統(tǒng)計該子塊變長壓縮碼流的特征信息，例如碼流長 度，因此又稱為塊檢錯編碼。
[0009] ^RS(m，n)糾錯編碼；RS碼是一類具有很強糾錯能力的多進制BCH碼，既能糾正隨 機錯誤也能糾正突發(fā)錯誤。RS(m，n)編碼每次針對n字節(jié)的碼流計算出m-n字節(jié)的校驗信 息，添加在n字節(jié)碼流后組成m字節(jié)的RS校驗碼流。
[0010] 3)距離R ;為了從壓縮碼流中準確地辨識出識別碼，我們定義兩者距離R為：
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種具有抗誤碼機制的幀間無損編碼與智能解碼方法，其特征在于，所述方法包括 如下步驟： (1) 星上編碼步驟： (1.1)利用星載成像系統(tǒng)獲取序列圖像f，把每一幀圖像fk，k= 1，2，...劃分成互不 重疊且大小為M:XM2的子塊fti，i= 1，2,. . .S，uml，SumI為子塊總數(shù)，MpM2為預設值； (1. 2)令步驟（1. 1)中第3j+l，j= 0, 1，...幀圖像為參考幀圖像，進行分塊JPEG-LS編碼；而第3j+2和3j+3幀圖像參考第3j+l幀圖像進行基于空間-時間多預測模式的無損 編碼；并統(tǒng)計每個子塊壓縮碼流的EDC信息； (1. 3)每K個子塊后插入一組EDC信息，并初始化Golomb編碼計數(shù)器 八[.]，8[.]，(：[.]，叫.]，1(為預設值； (1. 4)對步驟（1. 3)獲得的檢錯碼流進行RS(m，n)糾錯編碼； (1.5) 在步驟（1.4)獲得的壓縮碼流前加入每幀的壓縮幀頭，而在其壓縮碼流后加入 每幀的壓縮幀尾。 (2) 地面解碼步驟： (2. 1)采用距離最小化準則從碼流中搜索壓縮幀頭，并提取一幀的壓縮碼流； (2. 2)在幀頭中提出多份壓縮參數(shù)信息，統(tǒng)計對應比特位，再進行篩選得到分塊參數(shù)、 近無損度、圖像序號、圖像的行和列信息； (2. 3)對步驟（2. 1)獲得的壓縮數(shù)據(jù)進行RS(m，n)解碼； (2. 4)在步驟（2. 3)獲得的數(shù)據(jù)中搜索EDC識別碼，并對對應比特位統(tǒng)計的結(jié)果進行篩 選，得到正確的EDC檢錯信息； (2. 5)利用步驟（2. 4)提取的EDC信息分割壓縮碼流得到每個子塊的碼流； (2. 6)如果該幀序號t屬于{3j+l，j= 0, 1}，.，..則每個子塊獨立進行JPEG-LS解 碼；否則該幀的每個子塊參考第￥ +1幀獨立進行幀間解碼；每K個子塊解碼后初始化 Golomb解碼計數(shù)器A[.]，B[.]，C[.]，N[.]，并拼接成完整的圖像。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（1. 2)具體包括如下步驟： (1. 2. 1)在參考幀心」+1中搜索當前子塊fe;i，e= 3j+2或3j+3;i= 1，2, ? ? ?，SumI的 最佳匹配塊，獲得運動矢量O%]^); (1.2.2)根據(jù)上述運動矢量（mQ，nQ)，對當前子塊中每個像素fM(m，n)利用三個基 本預測器分別進行預測，得到預測的像素值：丨〃V+de[1，2, 3]; (1. 2. 3)計算當前子塊中所有像素的累積預測誤差絕對值SADd:
(1. 2. 4)選擇使累積預測誤差絕對值最小的預測器作為該子塊的固定預測器：
(1.2.5) 利用步驟（1.2.4)求得的固定預測器對當前子塊中每個像素fM(m，n)進 行預測，然后對預測誤差采用基于上下文的Golomb熵編碼，從而得到壓縮碼流。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟（1. 2. 2)中的三個基本預測器具體 為： (2. 2. 1)預測器1 :該預測器不考慮參考幀的像素信息，僅利用當前幀內(nèi)的相鄰像素進 行預測：
其中[10, 20]和T2g[10, 20]分別為門限閾值； (2. 2. 1)預測器2 :該預測器用到參考幀中的像素，利用運動矢量(n^，得到的鄰近像 素對該像素進行預測，最后再線性加權(quán)修正，即：
由上述三個預測值的平均值作為預測結(jié)果：
(2. 2. 1)預測器3 :該預測器假設相鄰兩幀圖像中對應像素的預測誤差非常接近，于是 利用參考幀中對應像素的預測誤差對當前像素進行預測，具體形式為：
其中對上述預測模板中各像素的定義為：
4. 如權(quán)利要求1至3任一項所述的方法，其特征在于，所述步驟（1.3)中每K個子塊后 插入一組EDC信息，具體包括：每完成K個子塊的EDC信息統(tǒng)計就向壓縮碼流中插入a組的 EDC信息，組成第3層檢錯碼流數(shù)據(jù)，其中每一組EDC信息為該K個子塊分別對應的EDC信 息，a為預設值。
5. 如權(quán)利要求4任一項所述的方法，其特征在于，所述步驟（1. 4)具體包括：對所述第 3層檢錯碼流數(shù)據(jù)，每截取n字節(jié)的碼流計算出m-n字節(jié)的校驗信息，添加在n字節(jié)碼流后 輸出。每幀最后不足n字節(jié)的碼流用最后一個字節(jié)的數(shù)據(jù)補齊至n字節(jié)，形成第2層檢糾 錯碼流數(shù)據(jù)。
6. 如權(quán)利要求5任一項所述的方法，其特征在于，所述步驟（1.5)中：幀頭信息包括16 字節(jié)的幀識別碼、1字節(jié)的分塊參數(shù)、1字節(jié)的近無損度、2字節(jié)的圖像序號、2字節(jié)的圖像行 計數(shù)和2字節(jié)的圖像列計數(shù)。
7. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟（2. 2)具體為：在幀頭中根據(jù) g迭
的策略篩選得到分塊參數(shù)、近無損度、圖像序號、圖像的行和列信息，供解 碼時使用。
【文檔編號】H04N19/89GK104486628SQ201410851657
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月30日
【發(fā)明者】張?zhí)煨? 左芝勇, 周雨田, 許明星, 鄧麗華, 姚守悝, 張耀宗, 劉立 申請人:華中科技大學