一種基于空域下采樣模式的高效圖像壓縮方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域，它特別涉及數(shù)字圖像的編碼技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著大數(shù)據(jù)信息時代的到來，多媒體信號正成為信息存儲與傳播的主體，在推動 國民經(jīng)濟(jì)、保障社會安全、傳播先進(jìn)文化等方面發(fā)揮著極為重要的作用。圖像數(shù)據(jù)作為多媒 體信號的一種常用載體，被廣泛應(yīng)用于人們的日常生活中。圖像信息所包含的內(nèi)容豐富，但 所占的存儲空間也十分大，特別是當(dāng)今時代人們對高分辨率圖像需求的日益增多，因此，如 何壓縮圖像信號以節(jié)省存儲空間已經(jīng)成為迫在眉睫需要解決的問題。與此同時，伴隨著互 聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在圖像信息的傳輸方面對圖像數(shù)據(jù)的壓縮也提出了更高的要求。
[0003] 圖像信號內(nèi)部存在大量冗余，包括空間冗余、結(jié)構(gòu)冗余以及視覺冗余等。正是因?yàn)?存在這樣的冗余，圖像數(shù)據(jù)才能夠被壓縮。高效的圖像壓縮方法就是要盡可能多地去除圖 像內(nèi)部的冗余。
[0004] 從統(tǒng)計學(xué)的角度講，圖像內(nèi)部的空間冗余可以定義為像素點(diǎn)之間的相關(guān)性。與 此同時，由于圖像內(nèi)部不同區(qū)域之間存在不同的特征，因此，不同區(qū)域內(nèi)部的像素點(diǎn)間的 相關(guān)性也有所不同。而如何根據(jù)圖像的區(qū)域特征選擇不同的方法消除不同像素點(diǎn)間的 相關(guān)性，則是圖像壓縮算法的關(guān)鍵所在。傳統(tǒng)的圖像壓縮方法忽略了圖像內(nèi)部不同區(qū) 域間特征的不同，因此無法有效去除像素點(diǎn)間的相關(guān)性，造成整體編碼效率低下。參見 參考文獻(xiàn)"JPEG(JointPhotographicExpertsGroup):IS0/IECIS10918-1/ITU-T RecommendationT. 81,DigitalCompressionandCodingofContinuous-ToneStill Image， 1993"〇

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種新型的基于空域下采樣技術(shù)的圖像壓縮方法，這種方法 可以讓每個圖像宏塊通過率失真優(yōu)化策略自適應(yīng)地選擇一種編碼模式，從而有針對性地提 高圖像宏塊的編碼效率，實(shí)現(xiàn)對整個圖像信號的高效壓縮。與傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮方法相 比，本發(fā)明提供了兩種編碼模式，能夠克服傳統(tǒng)JPEG圖像壓縮方法中編碼模式單一的缺 點(diǎn)。
[0006] 為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先做以下術(shù)語定義：
[0007] 定義1，傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中圖像分塊的方法
[0008] 傳統(tǒng)的圖像分塊方法按照J(rèn)PEG標(biāo)準(zhǔn)中對圖像進(jìn)行分塊的方法，將原始圖像劃分 為多個互不重疊的等尺寸圖像塊，具體描述過程參見"JPEG(JointPhotographicExperts Group):IS0/IECIS10918 - 1/ITU-TRecommendationT.81,DigitalCompressionand CodingofContinuous-ToneStillImage, 1993" ；
[0009]定義2，傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的編碼方法
[0010] 傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的編碼方法主要包括對每個圖像塊進(jìn)行變換編 碼、量化和摘編碼以及計算編碼比特數(shù)；具體描述過程參見"JPEG(JointPhotographic ExpertsGroup):ISO/IECIS10918 - 1/ITU-TRecommendationT.81,Digital CompressionandCodingofContinuous-ToneStillImage, 1993" ；
[0011] 定義3,傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中計算編碼比特數(shù)的方法
[0012] 傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中計算編碼比特數(shù)的方法主要是計算圖像塊系數(shù) 矩陣編碼所消耗的比特數(shù)，具體描述過程參見"JPEG(JointPhotographicExperts Group):ISO/IECIS10918 - 1/ITU-TRecommendationT.81,DigitalCompressionand CodingofContinuous-ToneStillImage, 1993" ；
[0013] 定義4,傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的解碼方法
[0014] 傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的解碼方法主要包括對每個圖像塊進(jìn)行反變 換和反量化；具體描述過程參見"JPEG(JointPhotographicExpertsGroup) :IS0/ IECIS10918 - 1/ITU-TRecommendationT.81,DigitalCompressionandCodingof Continuous-ToneStillImage, 1993" ；
[0015] 定義5,傳統(tǒng)的雙三次插值方法
[0016] 傳統(tǒng)的雙三次插值方法是二維空間中最常用的插值方法，在這種插值方法中，點(diǎn) (u，v)處的值可以通過它周圍矩形網(wǎng)格中最近的十六個點(diǎn)的加權(quán)平均得到；具體描述過程 參見文獻(xiàn)"Cubicconvolutioninterpolationfordigitalimageprocessing"；
[0017] 定義6,傳統(tǒng)的計算均方誤差的方法
[0018] 傳統(tǒng)的計算均方誤差的方法針對兩個大小均為mXn的二維輸入信號X和±按照 下式計算它們之間的均方誤差：
[0019]
[0020] 定義7,傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中圖像塊合成圖像的方法
[0021] 傳統(tǒng)的圖像塊合成圖像的方法是按照J(rèn)PEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中用圖像塊進(jìn)行相互不 重疊組合以合成完整圖像的方法，具體描述過程參見"JPEG(JointPhotographicExperts Group):ISO/IECIS10918 - 1/ITU-TRecommendationT.81,DigitalCompressionand CodingofContinuous-ToneStillImage, 1993" ；
[0022] 本發(fā)明提供的一種基于空域下采樣技術(shù)的圖像壓縮方法，它包括以下步驟：
[0023] 步驟1，圖像的預(yù)處理
[0024] 將大小為WXH的圖像，按照傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中圖像分塊的方法劃分為 N= (WXH)/162個互不重疊的，大小為16X16的正方形圖像塊，記為BpB2, . ..，By...， BN，這里，W代表圖像的寬度，H代表圖像的高度，N代表圖像劃分后圖像塊的總個數(shù)，i代表 圖像塊的索引，ie{1，2, ? ? ?，N};
[0025]步驟2，圖像塊的下采樣
[0026] 首先，定義大小為8X8的下采樣圖像塊為B'i;這里，i代表圖像塊的索引，iG{1， 2, . . .，N}，N代表步驟1中圖像劃分后圖像塊的總個數(shù)；
[0027] 接著，用步驟1中產(chǎn)生的圖像塊&的第1列中位于奇數(shù)行的8個元素按照從上到 下的順序生成B'i的第1列；用Bi的第3列中位于奇數(shù)行的8個元素按照從上到下的順序 生成B'i的第2列；用Bi的第5列中位于奇數(shù)行的8個元素按照從上到下的順序生成B'i的第3列；用&的第7列中位于奇數(shù)行的8個元素按照從上到下的順序生成B'i的第4列； 用&的第9列中位于奇數(shù)行的8個元素按照從上到下的順序生成B'i的第5列；用Bi的第 11列中位于奇數(shù)行的8個元素按照從上到下的順序生成B'i的第6列；用Bi的第13列中 位于奇數(shù)行的8個元素按照從上到下的順序生成B'i的第7列；用Bi的第15列中位于奇數(shù) 行的8個元素按照從上到下的順序生成B'，的第8列，
[0028]
[0029] 這里，i中的元素，m代表B'i內(nèi)元素的橫坐標(biāo)，n代表B'i內(nèi)元素的縱 坐標(biāo)，m和n是自然數(shù)，1彡m彡8，1彡n彡8邛^是、中的元素，u代表圖像塊I內(nèi)元素 的橫坐標(biāo)，v代表圖像塊&內(nèi)元素的縱坐標(biāo)，u和v同時為奇數(shù)，Ku< 16,Kv< 16 ; i代表圖像塊的索引，ie{1，2, ...，N}，N代表步驟1中圖像劃分后圖像塊的總個數(shù)；
[0030] 步驟3,下采樣圖像塊的編碼和解碼
[0031] 對步驟2得到的圖像塊B'i使用傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的編碼方法進(jìn)行編 碼，得到編碼后的圖像塊，記為女：
[0032]
[0033] 這里，皮,,是我'中的元素，m代表力;內(nèi)元素的橫坐標(biāo)，n代表i;內(nèi)元素的縱坐標(biāo)， m和n是自然數(shù)，l<ml<8，l<nl<8;
[0034] 接著，對圖像塊B'i使用傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中計算編碼比特數(shù)的方法計算 編碼比特數(shù)，記為Bil:11;
[0035] 最后，對圖像塊i丨使用傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的解碼方法進(jìn)行解碼，得到解 碼后的圖像塊，記為4，
[0036]
[0037] 這里，九，是我.中的元素，m代表我.內(nèi)元素的橫坐標(biāo)，n代表4內(nèi)元素的縱坐標(biāo)，m 和n是自然數(shù)，1彡m彡8，1彡n彡8 ;i代表圖像