一種基于變換域下采樣技術(shù)的低分辨率圖像壓縮方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像編碼領(lǐng)域，主要涉及數(shù)字圖像的壓縮技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖像的低分辨實(shí)現(xiàn)主要是為了適應(yīng)低分辨率顯示設(shè)備的顯示需求。在實(shí)際應(yīng)用 中，一般需要對(duì)原始圖像進(jìn)行編碼壓縮和等分辨率重建，再降低壓縮后圖像的分辨率，才能 夠滿足這一需求。而低分辨率圖像的獲得，通常是通過對(duì)壓縮后的圖像進(jìn)行空域下采樣得 以實(shí)現(xiàn)。因此，高質(zhì)量的壓縮圖像對(duì)獲得后期高質(zhì)量的低分辨率圖像十分重要。為了實(shí)現(xiàn)前 期高質(zhì)量的壓縮圖像，傳統(tǒng)方法往往需要通過提高編碼碼率實(shí)現(xiàn)，這樣就會(huì)降低整體的編 碼效率。因此，如何在帶寬和存儲(chǔ)空間有限的條件下，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)效的低分辨率壓縮圖像的顯 示，是新型圖像編碼技術(shù)研究領(lǐng)域需要解決的一大問題。
[0003] 傳統(tǒng)的對(duì)于壓縮圖像的地低分辨重建，需要分兩步實(shí)現(xiàn)，第一步是對(duì)圖像進(jìn)行壓 縮，第二步是對(duì)壓縮后的圖像進(jìn)行水平方向和垂直方向上像素點(diǎn)的空域下采樣，以降低圖 像的分辨率。當(dāng)使用傳統(tǒng)的JPEG圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)對(duì)圖像進(jìn)行壓縮時(shí)，所得的壓縮圖像中的每 個(gè)像素點(diǎn)的質(zhì)量相當(dāng)，進(jìn)行低分辨率顯示時(shí)，顯示質(zhì)量因受到編碼質(zhì)量的約束而無法進(jìn)一 步提高，因此造成了壓縮后圖像低分辨率顯示輸出效率的低下，參見參考文獻(xiàn)"JPEG(Joint Photographic Experts Group):IS0/IEC IS 10918-1/ITU-T Recommendation T.81, Digital Compression and Coding of Continuous-Tone Still Image，1993"。如果會(huì)泛夠 將圖像的編碼壓縮和低分辨率顯示輸出相結(jié)合，那么將會(huì)極大地提高壓縮圖像的低分辨率 顯示輸出的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種新型的基于變換域下采樣技術(shù)的低分辨率圖像壓縮方 法，這種方法主要是將變換域下采樣技術(shù)和圖像低分辨率顯示輸出相結(jié)合，對(duì)整個(gè)圖像進(jìn) 行壓縮編碼的同時(shí)，為低分辨率的顯示提供高質(zhì)量的重建圖像。與傳統(tǒng)的方法相比，本發(fā)明 在圖像壓縮的過程中，為低分辨率的圖像輸出提供了高質(zhì)量的像素點(diǎn)，克服傳統(tǒng)方法因分 步實(shí)現(xiàn)壓縮和低分辨率輸出而造成低分辨壓縮圖像質(zhì)量較差的缺點(diǎn)。
[0005] 為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先做以下術(shù)語定義：
[0006] 定義1，傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中圖像分塊的方法
[0007] 傳統(tǒng)的圖像分塊方法按照J(rèn)PEG標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)圖像進(jìn)行分塊的方法，將原始圖像劃分為 多個(gè)互不重疊的等尺寸圖像塊，具體描述過程參見"JPEG(Joint Photographic Experts Group):IS0/IEC IS 10918-1/ITU-T Recommendation T.81,Digital Compression and Coding of Continuous-Tone Still Image，1993"；
[0008] 定義2,傳統(tǒng)的計(jì)算離散余弦變換矩陣的方法
[0009] 傳統(tǒng)的計(jì)算離散余弦變換矩陣的方法是根據(jù)離散余弦變換矩陣的定義，計(jì)算變換 矩陣中的每一個(gè)元素，從而根據(jù)需要產(chǎn)生任意大小的離散余弦變換矩陣，具體描述過程參 見文獻(xiàn)"數(shù)字視頻編碼技術(shù)原理"，高文、趙德斌、馬思偉著，科學(xué)出版社；
[0010] 定義3,傳統(tǒng)的矩陣Kronecker乘法
[0011] 傳統(tǒng)的矩陣Kronecker乘法表示為其中，發(fā)表示Kronecker乘法算子，A是 大小為mX η的矩陣，并且
[0013] Β是大小為ρ X q的矩陣，C是大小為mp X nq的矩陣，
[0015] 具體描述過程參見文獻(xiàn)"矩陣分析與應(yīng)用(第2版)"，張賢達(dá)著，清華大學(xué)出版社；
[0016] 定義4,傳統(tǒng)的矩陣轉(zhuǎn)置操作
[0017] 傳統(tǒng)的矩陣轉(zhuǎn)置是把矩陣A的行換成相應(yīng)的列，得到的新矩陣稱為A的轉(zhuǎn)置矩陣， 記作Ατ，符號(hào)T表示矩陣的轉(zhuǎn)置操作;具體描述過程參見文獻(xiàn)"矩陣分析與應(yīng)用(第2版)"，張 賢達(dá)著，清華大學(xué)出版社；
[0018] 定義5,傳統(tǒng)的基于離散余弦變換的向量填充算法
[0019] 傳統(tǒng)的基于離散余弦變換的向量填充算法利用離散余弦變換矩陣和原始輸入向 量的一部分分量，通過計(jì)算相應(yīng)的填充值，對(duì)另一部分分量進(jìn)行數(shù)據(jù)替換;具體步驟參見文 獻(xiàn)"Arbitrarily-shaped transform coding based on a new padding technique"；
[0020] 定義6，傳統(tǒng)的一維離散余弦變換方法
[0021 ]傳統(tǒng)的一維離散余弦變換方法利用離散余弦變換矩陣左乘輸入行向量，從而得到 變換后的系數(shù)向量，具體描述過程參見文獻(xiàn)"數(shù)字視頻編碼技術(shù)原理"，高文、趙德斌、馬思 偉著，科學(xué)出版社；
[0022]定義7,傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的量化方法
[0023] 傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的量化方法將變換編碼后系數(shù)矩陣中的每個(gè)元素與 量化表格中的每個(gè)元素對(duì)應(yīng)相除，然后對(duì)得到的每個(gè)結(jié)果進(jìn)行四舍五入的取整操作，從而 得到量化的系數(shù)矩陣；具體描述過程參見"JPEG(Joint Photographic Experts Group): IS0/IEC IS 10918-1/ITU-T Recommendation T.81,Digital Compression and Coding of Continuous-Tone Still Image，1993"；
[0024] 定義8，傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的反量化方法
[0025]傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的反量化方法將量化后系數(shù)矩陣中的每個(gè)元素與量 化表格中的每個(gè)元素對(duì)應(yīng)相乘，從而得到反量化的系數(shù)矩陣；具體描述過程參見"JPEG (Joint Photographic Experts Group):IS0/IEC IS 10918-1/ITU-T Recommendation T.81,Digital Compression and Coding of Continuous-Tone Still Image，1993"； [0026]定義9，傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的編碼方法
[0027] 傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的編碼方法主要包括對(duì)每個(gè)圖像塊進(jìn)行變換編碼、量 化和熵編碼以及計(jì)算編碼比特?cái)?shù);具體描述過程參見"JPEG(Joint Photographic Experts Group):IS0/IEC IS 10918-1/ITU-T Recommendation T.81,Digital Compression and Coding of Continuous-Tone Still Image，1993"；
[0028] 定義10，傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的解碼方法
[0029] 傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的解碼方法主要包括對(duì)每個(gè)圖像塊進(jìn)行反變換和反 量化；具體描述過程參見"JPEG(Joint Photographic Experts Group) :IS0/IEC IS 10918-1/ITU-T Recommendation T.81, Digital Compression and Coding of Continuous-Tone Still Image,1993"；
[0030] 定義11，傳統(tǒng)的二維離散余弦反變換方法
[0031] 傳統(tǒng)的二維離散余弦反變換方法分兩步完成，第一步，利用離散余弦變換矩陣的 逆矩陣左乘輸入矩陣，得到一個(gè)矩陣;第二步，用離散余弦變換矩陣轉(zhuǎn)置矩陣的逆矩陣再右 乘第一步得到的矩陣，從而得到反變換后的矩陣;具體描述過程參見文獻(xiàn)"數(shù)字視頻編碼技 術(shù)原理"，高文、趙德斌、馬思偉著，科學(xué)出版社；
[0032] 定義12,傳統(tǒng)的雙三次插值方法
[0033] 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(gè)點(diǎn)的加權(quán)平均得到；具體描述過程 參見文獻(xiàn)"Cubic convolution interpolation for digital image processing"；
[0034] 定義13,傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中圖像塊合成圖像的方法
[0035]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(Joint Photographic Experts Group):IS0/IEC IS 10918-1/ITU-T Recommendation T.81,Digital Compression and Coding of Continuous-Tone Still Image，1993"；
[0036]本發(fā)明提供一種基于變換域下采樣技術(shù)的低分辨率圖像壓縮方法，它包括以下步 驟：
[0037]步驟1，圖像的預(yù)處理
[0038]將大小為WX Η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(gè)互不重疊的，大小為16X16的正方形圖像塊，記為m，B2,…，Bv，Bn，這里， W代表圖像的寬度，Η代表圖像的高度，N代表圖像劃分后圖像塊的總個(gè)數(shù)，i代表圖像塊的索 引，ie{l，2，.-，N}。
[0039] 步驟2,索引矩陣的產(chǎn)生
[0040] 把256個(gè)自然數(shù)1，2，…，256按從小到大，從上到下的順序逐列擺放，產(chǎn)生一個(gè)大小 為16X16的索引矩陣，記為I:
[0042]將I中的元素記為I(x，y)，這里，X代表索引矩陣I內(nèi)元素的橫坐標(biāo)，y代表索引矩陣 I內(nèi)元素的縱坐標(biāo)，X和y都是自然數(shù)，并且1 16，1 < 16。
[0043] 步驟3,列索引向量的產(chǎn)生
[0044] 首先，定義2個(gè)列索引子向量，分別記為i^e2，這里，?是一個(gè)1X64的行 向量，顯,i = X 為奇數(shù)，y為奇數(shù)，并且 1 < X < 16，1 < 16}，即區(qū),,=[J(1,1) JF(3,1),…， 1(15,1)1(1，3)Ι(3,3)，···，Ι(15,3)，···，1(1,15)1(3,15)，···，1(15,15)] = [13，···， 153335，…，47，…，225227，…，239];涵拉是一個(gè)1 X 192的行向量，塵拉=丨/(x，.r)| X和y不同 時(shí)為奇數(shù)，并且1 16，1 16}，即77v,:=[/(2.1) /(4,1) .-,1(16,1)1(1,2)1(2, 2)，···，1(16，2)，···，1(2,15) 1(4,15)，···，1(16,15)1(1，16) 1(2,16)，···，Ι(16，16)] = [24,…，161718,…，32,…，226228,…，240241242, "·，256]，其中，I是步驟2中產(chǎn)生的索引 矩陣，X代表索引矩陣I內(nèi)元素的橫坐標(biāo)，y代表索引矩陣I內(nèi)元素的縱坐標(biāo)，X和y都是自然 數(shù)；
[0045] 然后，將和按照從左到右的順序組成一個(gè)1 X 256的列索引向量，記為 Idx, , Idx, =[ Idx, I Idx, ： ]=[/( 1,1) /(3,1) ,---,1(15,1)1(1,3)1(3,3),---,1(15,3),---,1(1, 15)1(3,15),---,1 (15,15)1(2,1)1(4,1),---,1 (16,1)1( 1,2)1(2,2),---,1( 16,2),---,1(2, 15)1(4,15) ,··· ,1(16,15)1(1,16)1(2,16) ,··· ,1(16,16)] = [13,··· ,153335,··· ,47,·'·, 225227 , ···,23924, ···, 161718, ···,32, ···,226228, ···,240241242, ···,256]，這里，I是步驟2 中產(chǎn)生的索引矩陣。
[0046] 步驟4,行索引向量的產(chǎn)生
[0047] 首先，定義3個(gè)行索引子向量，分別記為]7Zv,.2, 7^-,..:.這里，涵^是一個(gè)大 小為 1 X 64 的行向量，MVl = {J(xvV)| 1 < X < 8，1 < 8}，即]^rl =[i( 1,1) J(2,1) Γ · ·，I (8，1) I (1,2)1(2,2)，···，Ι(8,2)，···，Ι(1,8)1(2,8)，···，Ι(8,8)] = [12，···，81718，···，24，···， 113114,…，120];涵:V2 是一個(gè)大小為 1X64 的行向