一种适于微纳卫星的分块数据压缩方法技术

本发明专利技术提出了一种适于微纳卫星的分块数据压缩方法，把三组不同类型数变为4组同类型数，充分利用了分块数据的先验知识，在不降低PSNR性能的前提下减少传输的数据量，较大提高了压缩比。在4倍压缩的情况下，实际的压缩比提高15％‑33％。本发明专利技术提供了一种简单高效的压缩方法，便于硬件实现，可为微纳卫星的应用提供支持。

【技术实现步骤摘要】
一种适于微纳卫星的分块数据压缩方法
本专利技术涉及一种数据传输的方法，特别涉及一种图像压缩和隐藏相结合的方法，属于通信(如数据通信技术等)领域。
技术介绍
数据传输和图像处理是目前通信领域的重要研究课题。随着科技的发展，人们对高分辨率图像的需求越来越大，数据压缩势在必行。数据压缩分为有损压缩与无损压缩方法，有损压缩方法压缩比比较大，但压缩后恢复图像与原图像存在一定的信息损失，只要主客观评价指标符合要求，在实际中对应用没有多大影响。无损压缩方法压缩后恢复图像与原图像不存在信息损失，但压缩比特别小，一般2倍左右，使用场合受限，不便于进行数据传输。一般高速数据传输系统采用的压缩方法大都是有损方法，对图像来说，一般峰值信噪比(PSNR)应该达到30dB以上效果才比较理想。目前图像数据压缩方法有许多，代表性的有JPEG以及JPEG2000。压缩方法复杂，则难于硬件实现，目前JPEG2000压缩算法大都基于国外压缩芯片实现，研制成本高、受制于人；或者有的卫星任务不需要那么高的图像质量，例如卫星舱外监控、对地观测普查，小卫星、微纳卫星图像传输、技术试验卫星图像传输、空间站内部监控、地面监控系统等，没有必要采用国外JPEG类压缩芯片。分块截断编码(BTC)压缩方法就是一种经典的低成本压缩方法，典型压缩比为4倍，峰值信噪比PSNR为30dB以上，微纳卫星场合是可以应用的，如果能提高压缩比，或压缩比不变时提高压缩性能，则更加适合微纳卫星等要求软硬件实现简单、性能满足要求的场合。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种适于微纳卫星的分块数据压缩方法，把分块压缩的三组不同类型数据变为4组同类型数据，基于数据的先验知识进行压缩编码，减少传输数据量，达到不增加实现复杂度而提高分块压缩方法压缩比的目的，满足用户对低成本分块压缩技术的需求。本专利技术的技术方案是：一种适于微纳卫星的分块数据压缩方法，步骤如下：(1)设原始图像A1的大小为M*N，8比特量化，将原始图像A1分成大小为K1*K2的不重叠块，每块有X1,X2,…Xk个灰度值，k＝K1*K2；所述K1和K2均为正整数；(2)计算每个不重叠块的灰度平均值m，得到由k个1比特值Bj组成的集合B，j＝1,2,…k；其中B满足条件：如果Xj≥m，则Bj＝1，否则Bj＝0；计算Bj＝0对应的Xj的灰度平均值L，计算Bj＝1对应的Xj的灰度平均值H，每个不重叠块得到L，H，B三组数；(3)把每个不重叠块的L，H，B三组数变为四组数，即L，H，C1，C2，其中C1和C2均为1～16比特中任意8比特形成的十进制数，对原始图像A1每个不重叠块，进行步骤(2)的操作，完成压缩；(4)将L、H、C1、C2重新进行排列：当C1≤C2时，排列为L，H，C1，C2；记为X,Y,Z1,Z2；当C1>C2时，排列为H，L，C1，C2；记为X,Y,Z1,Z2；(5)对X,Y,Z1,Z2进行差值编码处理，得到处理后的结果U,V,W1,W2：(6)接收端进行数据解压缩，得到四组数L,H，C1，C2；(7)把数据按顺序LHC1C2排列，得到译码后的数据，再把数据按顺序LHB排列，得到译码后的数据LHB，进而恢复出原始图像A1。所述步骤(5)中对X,Y,Z1,Z2进行差值编码处理的具体过程为：当X≤Y时，差值编码处理后为：H-L，H，C2-C1，C2；记为S，U,V,W1,W2，S为0；当X>Y时，差值编码处理后为：H，H-L，C1，C1-C2；记S，U,V,W1,W2，S为1；H，L,C1,C2用8比特表示，差值比特数小于8，H-L典型值为3或4比特。所述步骤(6)对接收端进行数据解压缩的具体过程为：设接收端收到的数据为S,U,V,W1,W2；若S为0，则U≤V，则L＝V-U，H＝V，W2-W1＝C1，W2＝C2；若S为1，则U>V，则U-V＝L，H＝U，W1＝C1，W1-W2＝C2。所述步骤3)形成C1和C2的方法如下：1-16比特前1-8比特，直接形成十进制数C1，9～16比特8比特形成十进制数C2。所述步骤3)形成C1和C2的方法如下：1-16比特中，1，9,2,10,3,11,4,12这8比特形成十进制数C1；5,13,6,14,7,15,8,16这8比特形成十进制数C2。所述步骤4)形成C1和C2的方法如下：1-16比特中，1，2,3,4,9,10,11,12这8比特形成十进制数C1；5,6,7,8,13,14,15,16这8比特形成十进制数C2。所述步骤4)形成C1和C2的方法如下：1-16比特前1-8比特，形成十进制数C1，9～16比特8比特取反后得到的8比特形成十进制数C2。本专利技术与现有技术相比的有益效果在于：(1)现有文献和专利没有人把三组值(L、H、B)变为四组值进行压缩处理的。经过AMBTC压缩之后，得到三组值(L、H、B)，L和H是0-255之间的整数值。现有技术虽然有不同之处，但都是基于三组值(L、H、B)处理的。(2)本专利技术还利用了两个均值的先验信息(L<＝H)，进行巧妙编码，减少了传输的比特数，提高了压缩比，而峰值信噪比PSNR基本不变。(3)本专利技术充分利用了AMBTC压缩图像的先验知识，并以基本不降低PSNR性能的前提下减少传输的数据量，接收端根据先验知识提高了恢复图像质量。(4)该方法可以根据需要选择差值C2-C1或C1-C2的比特数，提高图像压缩比，可得到多种不同质量的BTC压缩图像，可以在压缩比不变情况下提高恢复图像质量。(5)本专利技术把三组数变为4组数，充分利用了分块数据的先验知识，在不降低PSNR性能的前提下减少传输的数据量，较大提高了压缩比。在4倍压缩的情况下，实际的压缩比提高15％-33％。原BTC方法把4*4的图像块压缩4倍后每个图像块有2个平均值(每个8比特)和16比特二进制数，共32比特，后16比特数据与前16比特不是同一类型，无法联合处理。本专利技术把后16比特排列成两个8比特值，看成2个十进制值，这样后16比特与前16比特成为一种类型数据，便于联合处理。最低压缩比估计：以每块4*4为例L和H变为L和H-L，L用8比特，H-L用3或4比特表示；C1和C2变为C1和C2-C1，C1用8比特，C2-C1用p比特表示(p＝1-8)。原方法每块总比特数有32比特，压缩比4倍，新方法每块总比特数8+4+8+p＝20+p，压缩比R为4*32/(20+p)。即使最坏情况p＝8,压缩比R＝4*32/(28)＝4.6倍，压缩比提高15％。当p＝4，压缩比R＝4*32/(24)＝5.3倍，压缩比提高33％。附图说明图1为本专利技术方法流程图。具体实施方式实施例1为了验证本文提出的算法的性能，实验采用了4幅大小为512×512的8比特灰度图像进行了仿真。图像的改变程度用峰值信噪比(PSNR)来表示。压缩比r＝4，R＝4。K1*k2＝4*4。一种适于微纳卫星的分块数据压缩方法实施步骤如下：(1)设原始图像A1的大小为M*N，8比特量化，将原始图像A1分成大小为K1*K2的不重叠块，每块有X1,X2,…Xk个灰度值，k＝K1*K2；所述K1和K2均为正整数；M＝512，N＝512，K1＝4，K2＝4，k＝16(2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适于微纳卫星的分块数据压缩方法，其特征在于步骤如下：(1)设原始图像A1的大小为M*N，8比特量化，将原始图像A1分成大小为K1*K2的不重叠块，每块有X1,X2,…Xk个灰度值，k＝K1*K2；所述K1和K2均为正整数；(2)计算每个不重叠块的灰度平均值m，得到由k个1比特值Bj组成的集合B，j＝1,2,…k；其中B满足条件：如果Xj≥m，则Bj＝1，否则Bj＝0；计算Bj＝0对应的Xj的灰度平均值L，计算Bj＝1对应的Xj的灰度平均值H，每个不重叠块得到L，H，B三组数；(3)把每个不重叠块的L，H，B三组数变为四组数，即L，H，C1，C2，其中C1和C2均为1～16比特中任意8比特形成的十进制数，对原始图像A1每个不重叠块，进行步骤(2)的操作，完成压缩；(4)将L、H、C1、C2重新进行排列：当C1≤C2时，排列为L，H，C1，C2；记为X,Y,Z1,Z2；当C1>C2时，排列为H，L，C1，C2；记为X,Y,Z1,Z2；(5)对X,Y,Z1,Z2进行差值编码处理，得到处理后的结果U,V,W1,W2：(6)接收端进行数据解压缩，得到四组数L，H，C1，C2；(7)把数据按顺序L H C1 C2排列，得到译码后的数据，再把数据按顺序LHB排列，得到译码后的数据LHB，进而恢复出原始图像A1。...

【技术特征摘要】
1.一种适于微纳卫星的分块数据压缩方法，其特征在于步骤如下：(1)设原始图像A1的大小为M*N，8比特量化，将原始图像A1分成大小为K1*K2的不重叠块，每块有X1,X2,…Xk个灰度值，k＝K1*K2；所述K1和K2均为正整数；(2)计算每个不重叠块的灰度平均值m，得到由k个1比特值Bj组成的集合B，j＝1,2,…k；其中B满足条件：如果Xj≥m，则Bj＝1，否则Bj＝0；计算Bj＝0对应的Xj的灰度平均值L，计算Bj＝1对应的Xj的灰度平均值H，每个不重叠块得到L，H，B三组数；(3)把每个不重叠块的L，H，B三组数变为四组数，即L，H，C1，C2，其中C1和C2均为1～16比特中任意8比特形成的十进制数，对原始图像A1每个不重叠块，进行步骤(2)的操作，完成压缩；(4)将L、H、C1、C2重新进行排列：当C1≤C2时，排列为L，H，C1，C2；记为X,Y,Z1,Z2；当C1>C2时，排列为H，L，C1，C2；记为X,Y,Z1,Z2；(5)对X,Y,Z1,Z2进行差值编码处理，得到处理后的结果U,V,W1,W2：(6)接收端进行数据解压缩，得到四组数L，H，C1，C2；(7)把数据按顺序LHC1C2排列，得到译码后的数据，再把数据按顺序LHB排列，得到译码后的数据LHB，进而恢复出原始图像A1。2.根据权利要求1所述的一种适于微纳卫星的分块数据压缩方法，其特征在于：所述步骤(5)中对X,Y,Z1,Z2进行差值编码处理的具体过程为：当X≤Y时，差值编码处理后为：H-L，H，C2-C1，C2；记为S，U,V,W1,W2，S为0；当X>Y时，差值编码处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：周诠，回征，张晨光，呼延烺，张茗茗，刘娟妮，魏佳圆，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61