專利名稱：一階差分前綴表示的圖像數(shù)據(jù)無損壓縮的編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種一階差分前綴表示的圖像數(shù)據(jù)無損壓縮的編碼方法，屬于數(shù)字 圖像無損壓縮技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著多媒體技術(shù)和各種數(shù)字圖像通信技術(shù)的發(fā)展，人們對數(shù)字圖像在 質(zhì)量、大小和應(yīng)用方面提出了更高的要求，希望能夠在保證質(zhì)量的前提下用有限的空間 和帶寬資源存儲與傳遞大幅圖像。但是數(shù)字化后的圖像占的空間是巨大的，單純依賴于 提高計算機(jī)硬件和通信設(shè)施的性能來解決問題完全跟不上應(yīng)用要求。因此，為了減輕數(shù) 字圖像對存儲中介的要求，同時提高計算機(jī)的工作效率，對數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮使其 能夠有效的處理、存儲和傳輸是非常有必要的。圖像壓縮是指在保證一定的圖像質(zhì)量的前提下，減少原始圖像數(shù)據(jù)量的處理 過程。圖像編碼是對圖像采用不同的表達(dá)方式來減小表示圖像所需的數(shù)據(jù)量，壓縮的理 論基礎(chǔ)是信息論。圖像壓縮的編碼方法分為兩類無損壓縮和有損壓縮。常用的無損壓縮編碼技 術(shù)有游程編碼、Huffinan編碼、算術(shù)編碼和基于字典的LZW編碼等，無損壓縮在編碼過 程中僅僅去除圖像中的冗余，圖像信息保證不丟失，可以完整的重建原始圖像，壓縮和 解壓縮是一個可逆過程。采用無損壓縮，原始數(shù)據(jù)可由壓縮數(shù)據(jù)完全恢復(fù)出來，該方法 由于受到不失真的影響，壓縮比要低于有損壓縮，但是在某些領(lǐng)域確實迫切需要的，例 如醫(yī)學(xué)圖像、星空圖像，歷史檔案等，因此高性能的無損壓縮算法具有很大的理論意義 和實用價值。有損壓縮允許在不影響圖像信息的前提下通過一定技術(shù)適當(dāng)降低圖像的質(zhì) 量來獲取更高的壓縮效率，這種方法在解碼時無法完全恢復(fù)原有的圖像數(shù)據(jù)，有損編碼 采取的編碼技術(shù)會帶來不可恢復(fù)的損失?，F(xiàn)有的壓縮編碼有熵編碼、統(tǒng)計編碼、預(yù)測編碼等，并且出臺了基于DCT等 技術(shù)的國際壓縮標(biāo)準(zhǔn)，如JPEG，MPEG, H.263等，它們都是以余弦變換(DCT)為基 礎(chǔ)，對其變換的系數(shù)量化后，再進(jìn)行游程編碼。然而隨著人們對這些傳統(tǒng)編碼方法的深 入研究和應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)這些方法壓縮比低，壓縮效率不高。為了克服上述壓縮編碼方法的 缺點，人們提出了幾種新的編碼方法基于小波變換的壓縮方法、分形壓縮編碼等，但 是這些壓縮編碼算法復(fù)雜，計算量大，而且需要采用專用的壓縮和解壓縮芯片，成本很 尚ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題提出一種一階差分前綴表示的圖像 數(shù)據(jù)無損壓縮的編碼方法，該方法編解碼簡單，壓縮效果好，壓縮效率高。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是在圖像的任意一個局部區(qū)域內(nèi)圖像像素 值是漸變的，每一個像素點的值同它周圍的其他像素值大小相同或相近，將相鄰的圖像
4數(shù)據(jù)像素值相減，得到相鄰像素值的一階差分，統(tǒng)計相鄰像素值的一階差分中各一階差 分出現(xiàn)的概率，對一階差分按概率重新由大到小排列，得到新的一階差分，然后，基于 信息熵理論，對一階差分進(jìn)行編碼，每個對應(yīng)的編碼包含前綴和后綴兩個部分，前綴用 000-111三位編碼表示，表示一階差分所屬的組號，同時表明后綴的位數(shù)，后綴表示差 分在所屬組內(nèi)的位置，其位數(shù)由前綴決定，如此依次編碼后，概率大的一階差分對應(yīng)短 碼，概率小的一階差分對應(yīng)長碼，從而實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的壓縮。根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種一階差分前綴表示的圖像數(shù)據(jù)無損壓縮的編碼方法，包括如下步驟
(1)，對原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，將相鄰的圖像數(shù)據(jù)像素值相減，得到相鄰像素值 的一階差分；
(2)，統(tǒng)計上述相鄰像素值的一階差分中各一階差分出現(xiàn)的概率，對一階差分按概率 由大到小重新排序，得到新的一階差分以及原差分與按概率大小排序后差分一一對應(yīng)的 一階差分對應(yīng)關(guān)系表；
(3)，對步驟(2)中得到的新的一階差分進(jìn)行一階差分前綴表示編碼處理，編碼完成 后生成前綴編碼表和后綴編碼表。(4)，采用后綴派生法對步驟(3)中后綴編碼進(jìn)行降位處理；
(5)，采用二分法對步驟(4)中的一次前綴編碼按位平面進(jìn)行編碼處理。上述步驟(1)中所述的對原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理是指，對圖像進(jìn)行橫向或縱 向Z字型掃描讀取圖像數(shù)據(jù)，將相鄰的圖像數(shù)據(jù)像素值相減，得到相鄰像素值的一階差 分，其中，以圖像相鄰像素值的平均差分絕對值作為圖像數(shù)據(jù)相關(guān)性的標(biāo)準(zhǔn)，確定橫向 或縱向Z字型掃描讀取數(shù)據(jù)。其中平均差分絕對值計算式為
權(quán)利要求
1.一種一階差分前綴表示的圖像數(shù)據(jù)無損壓縮的編碼方法，包括如下步驟(1)，對原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，將相鄰的圖像數(shù)據(jù)像素值相減，得到相鄰像素值 的一階差分；(2)，統(tǒng)計上述相鄰像素值的一階差分中各一階差分出現(xiàn)的概率，對一階差分按概率 由大到小重新排序，得到新的一階差分以及原差分與按概率大小排序后差分一一對應(yīng)的 一階差分對應(yīng)關(guān)系表；(3)，對步驟(2)中得到的新的一階差分進(jìn)行一階差分前綴表示編碼處理，編碼完成 后生成前綴編碼表和后綴編碼表；(4)，采用后綴派生法對步驟(3)中后綴編碼進(jìn)行降位處理；(5)，采用二分法對步驟(4)中的一次前綴編碼按位平面進(jìn)行編碼處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一階差分前綴表示的圖像數(shù)據(jù)無損壓縮的編碼方法，其 特征在于，上述步驟(1)中所述的對原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理是指，對圖像進(jìn)行橫向或 縱向Z字型掃描讀取圖像數(shù)據(jù)，將相鄰的圖像數(shù)據(jù)像素值相減，得到相鄰像素值的一階 差分，其中，以圖像相鄰像素值的平均差分絕對值作為圖像數(shù)據(jù)相關(guān)性的標(biāo)準(zhǔn)，確定橫 向或縱向Z字型掃描讀取數(shù)據(jù)。
3.其中平均差分絕對值計算式為
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種一階差分前綴表示的圖像數(shù)據(jù)無損壓縮的編碼方法，其 特征在于，上述步驟(3)中所述的對步驟(2)中得到的新的一階差分進(jìn)行一階差分前綴表 示編碼處理，編碼完成后生成前綴編碼表和后綴編碼表，其具體步驟如下(3-1)、將步驟(2)中得到的新的一階差分分成8組，0、士 1、士 2、士 3 士 4、 士5 士8、士9 士 16、士 17 士32、士33 士255、然后對上述8組一階差分的數(shù)據(jù) 分別按前綴(組號)和后綴(組內(nèi)元素)兩部分編碼；其中前綴(組號)部分以000、 001、010、011、100、101、110、111編碼表示，后綴由前綴(組號)來確定編碼位數(shù)， 前綴編碼為000，則后綴編碼為無，則其編碼為000;前綴編碼為001，后綴編碼為 1位0/1,則其編碼為0010/0011 ；……它們的構(gòu)成規(guī)則相同，后綴編碼與前綴編碼依次 對應(yīng)，對一階差分如此編碼完成后得到前綴編碼表和后綴編碼表；(3-2)、判斷一階差分前綴表示編碼表2中的各前綴編碼除以4所得的商是否為0或1 (3-3)、對一階差分前綴表示編碼表2中前綴編碼4-7進(jìn)行前綴一次派生表示編碼處理，將步驟3-1中的一階差分前綴表示編碼表，重新編碼成一階差分前綴一次派生對應(yīng)的編碼表。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種一階差分前綴表示的圖像數(shù)據(jù)無損壓縮的編碼方法， 其特征在于，上述步驟(4)中所述的采用后綴派生法對步驟(3)中后綴編碼進(jìn)行降位處 理(4-1)、首先判斷步驟(3)中的后綴編碼是否滿足后綴派生法表達(dá)公式，若后綴編碼 不能滿足，則不進(jìn)行降位處理，若后綴編碼能滿足，則轉(zhuǎn)步驟(4-2)，進(jìn)行降位處理，后 綴派生法表達(dá)公式為
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種一階差分前綴表示的圖像數(shù)據(jù)無損壓縮的編碼方法，其 特征在于，上述步驟(5)中所述的采用二分法對步驟(4)中的一次前綴編碼按位平面進(jìn)行 編碼壓縮處理；(5-1)、將步驟(4)中一次前綴編碼按位分成3個二值碼流位平面編碼表； (5-2)、采用二分法對步驟(5-1)中獲得的三個二值碼流位平面編碼表進(jìn)行壓縮處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種一階差分前綴表示的圖像數(shù)據(jù)無損壓縮的編碼方法，包括如下步驟1.對原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，獲取相鄰像素值的一階差分；2.統(tǒng)計上述一階差分中各一階差分出現(xiàn)的概率，對一階差分按概率由大到小重新排序，得到新的一階差分；3.對步驟2中得到的新的一階差分進(jìn)行一階差分前綴表示編碼處理，得到前綴編碼表和后綴編碼表；4.采用后綴派生法對步驟3中后綴編碼進(jìn)行降位處理；5.采用二分法對步驟4中的一次前綴編碼按位平面進(jìn)行編碼處理。該方法的計算復(fù)雜度較低，編碼簡單，編解碼效率高，不需要采用專門的壓縮和解壓縮芯片；該方法相對于傳統(tǒng)的無損壓縮算法在壓縮比上有了明顯的提升，其壓縮比與國際標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000的壓縮比相當(dāng)，但編解碼效率明顯優(yōu)于JPEG2000的編解碼效率。
文檔編號H04N7/26GK102014283SQ201010565388
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者劉萬, 宋奧, 陳耀, 高健 申請人:上海大學(xué)