一种融合超分辨率技术和JPEG2000标准的图像压缩编码方法技术

本发明专利技术公开了一种融合超分辨率技术和JPEG2000标准的单幅彩色图像压缩编码方法。主要包括以下步骤：首先确定编码模式标志位α，若在低码率段，则先对图像进行下采样和JPEG2000编解码，获得压缩下采样图像，再对其进行针对性YUV三通道字典重建，将三通道重建图像融合为初始高分辨率图像，再用针对性YUV三通道残差字典对其进行高频信息补偿，获得在低码率段最终解码图像；若在中高码率段，则对图像直接进行JPEG2000编解码，再进行针对性YUV三通道字典重建，再将重建图像下采样到原始分辨率大小，获得在中高码率段最终解码图像。本发明专利技术无论在低码率段还是在中高码率段相比JPEG2000，在相同解码图像质量时，本发明专利技术所需码率更低；在相同码率时，本发明专利技术解码图像有更好的主观视觉效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像稀疏表示超分辨率重建算法和图像压缩编码技术，具体涉及一种融合超分辨率技术和JPEG2000标准的单幅彩色图像压缩编码方法，属于图像通信领域。
技术介绍
研究表明，人类在日常生活中获取的绝大部分信息来自于视觉信息，这是由于视觉信息有着直观、形象、易于理解等特点。近年来，随着计算机科学技术的迅猛发展，图像处理技术也得到了广泛的应用，并在卫星遥感观测、医疗诊断、军事技术、智能监控、天文应用以及生物信息智能识别等各个领域起到了越来越重要的作用。图像和视频信息成为人类生活中越来越不可或缺的元素之一，出于对高质量信息的需求，促使人类迈入到超高清时代。超高清时代图像和视频信息数据量大，通常都需要进行压缩编解码处理。现有的国际社会主流编解码标准较多，其中适用于静止图像压缩编解码的标准主要有JPEG和JPEG2000等，适用于视频压缩编解码的标准主要有H.264和HEVC等，各种压缩编解码标准的核心技术之一就是图像变换。经过一代又一代的技术研究与发展，图像变换编码方法已经发展得较为成熟。在这样的技术背景下，本专利技术的研究意义在于利用有限的网络带宽，获取高质量的图像信息，即利用有限的数据量获得包含更多细节信息的图像。由于目前图像变换编码方法已经发展较为成熟，新技术的不断涌现启发我们将超分辨率技术与图像压缩联合应用并构建压缩编码框架，以得到良好的图像质量。
技术实现思路
本专利技术提出的一种融合超分辨率技术和JPEG2000标准的单幅彩色图像压缩编码方法，该方法通过改进超完备字典的训练方式从而使所得高、低分辨率字典具有针对性，由此可将基于图像稀疏表示的超分辨率重建算法应用到图像压缩编码技术中。相对于使用广泛的JPEG2000等压缩算法，本方法表现出更为优越的压缩编码性能。在相同解码图像质量时，本专利技术设计的压缩方案所需码率更低；在相同码率时，本专利技术所得解码图像具有更好的主观视觉效果。本专利技术提出一种融合超分辨率技术和JPEG2000标准的单幅彩色图像压缩编码方法，主要包括以下操作步骤：(1)对待处理图像，选择其是在低码率段还是中高码率段中进行处理，获得编码模式标志α；(2)根据编码模式标志位α，若在低码率段，则首先对输入图像进行下采样，并将下采样图像进行JPEG2000标准编解码，得到压缩的下采样图像；在YUV空间，对压缩后的下采样图像进行针对性YUV三通道字典重建，三通道重建的图像融合为一幅初始高分辨率图像；采用针对性YUV三通道残差字典对初始高分辨率图像进行高频信息补偿，将处理结果转回RGB空间，获得在低码率段最终的解码图像；(3)根据编码模式标志位α，若在中高码率段，则对原始待压缩图像直接进行JPEG2000标准编解码，再对压缩后的图像进行针对性YUV三通道字典重建；对重建后的图像进行下采样操作，恢复到原始分辨率大小，获得在中高码率段最终的解码图像。附图说明图1是本专利技术的压缩编码方法框图图2是本专利技术及JPEG2000压缩算法对‘Boat’测试图像在低码率段的率失真性能比较图3是本专利技术及JPEG2000压缩算法对‘Boat’测试图像在中高码率断的率失真性能比较图4是在低码率段且码率同为0.48bpp时，本专利技术及JPEG2000的‘Boat’解码图像的视觉效果比较：图(a)为原始图像，图(b)为JPEG2000解码图像，图(c)为本专利技术解码图像图5是在中高码率段且码率同为1.20bpp时，本专利技术及JPEG2000的‘Boat’解码图像的视觉效果比较：图(a)左为原始图像，图(b)为JPEG2000解码图像，图(c)为本专利技术解码图像具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：图1中，一种融合超分辨率技术和JPEG2000标准的单幅彩色图像压缩编码方法，包括以下步骤:(1)对待处理图像，选择其是在低码率段还是中高码率段中进行处理，获得编码模式标志位α；(2)根据编码模式标志位α，若在低码率段，则首先对输入图像进行下采样，并将下采样图像进行JPEG2000标准编解码，得到压缩的下采样图像；在YUV空间，对压缩后的下采样图像进行针对性YUV三通道字典重建，三通道重建的图像融合为一幅初始高分辨率图像；采用针对性YUV三通道残差字典对初始高分辨率图像进行高频信息补偿，将处理结果转回RGB空间，获得在低码率段最终的解码图像；(3)根据编码模式标志位α，若在中高码率段，则对原始待压缩图像直接进行JPEG2000标准编解码，再对压缩后的图像进行针对性YUV三通道字典重建；对重建后的图像进行下采样操作，恢复到原始分辨率大小，获得在中高码率段最终的解码图像。具体地，所述步骤(1)中，首先根据码率选择合适的编码框架，获得编码模式标志位α，且定义α＝0，则选择在低码率段的编码框架；α＝1，则选择在中高码率段的编码框架。并将编码模式标志位α编码到码流中，传输到解码端，以便解码以及后续操作。所述步骤(2)中，若α＝0，则在低码率段，使用采样再重建的思路进行压缩编码。首先输入待处理图像，对其进行双三次下采样，然后使用JPEG2000标准对其进行编解码。所述步骤(2)中，压缩下采样图像经过针对性YUV三通道字典重建，三通道重建的图像融合为一幅初始高分辨率图像。该算法首先对训练库中的图像进行下采样、JPEG2000编解码操作，然后YUV三通道分别进行针对性的字典训练，利用训练所得高、低分辨率字典对压缩下采样图像进行超分辨率重建，这样可以有效弥补下采样以及编码过程中带来的高频信息丢失。针对性YUV三通道字典训练过程具体如下：对所有训练库图像统一进行下采样操作，接着进行JPEG2000标准编解码；对压缩下采样图像进行去噪声处理，去除编解码过程中产生的量化噪声，然后对所有去除噪声后的压缩下采样图像进行插值，得到超完备字典训练所需的低频信息；训练库原始图像与插值图像相减得到字典训练所需的高频信息，高、低频信息利用K-SVD算法进行联合训练得到高、低分辨率字典对。所述步骤(2)中，采用针对性残差字典对初始重建图像进行高频信息补偿，得到在低码率段最终的解码图像。针对性YUV三通道残差字典的训练过程具体如下：训练库的所有图像统一进行下采样操作，然后进行JPEG2000标准编解码，压缩后的下采样训练库图像统一进行去噪声处理，去除编解码过程中产生的量化噪声，尽可能多地保留下采样图像信息，得到去除噪声后的压缩下采样训练库图像，然后对其进行双三次插值操作，插值得到的低频信息图像通过针对性YUV三通道字典重建出高频信息图像，高频信息与低频信息相互融合即可得到初始稀疏重建训练库图像；将初始稀疏重建训练库图像作为YUV三通道残差字典训练所需的低频信息，将训练库原始图像与初始稀疏重建得到的训练库图像相减得到YUV三通道残差字典训练所需的高频信息，高、低频信息利用K-SVD算法进行联合训练得到高、低分辨率残差字典对。所述步骤(3)中，若α＝1，则在中高码率段，首先输入待压缩图像，对图像直接进行JPEG2000标准编解码，得到解码后的压缩图像；接着对解码后的压缩图像进行针对性的YUV三通道字典重建，再对重建图像进行相对应的下采样操作，恢复到原始分辨率大小，获得在中高码率段最终的解码图像。针对性YUV三通道字典训练过程具体如下：对所有训练库图像直接进行JPEG2000标准编本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种融合超分辨率技术和JPEG2000标准的单幅彩色图像压缩编码方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：对待处理图像，选择其是在低码率段还是中高码率段中进行处理，获得编码模式标志位α；步骤二：根据编码模式标志位α，若在低码率段，则首先对输入图像进行下采样，并将下采样图像进行JPEG2000标准编解码，得到压缩的下采样图像；在YUV空间，对压缩后的下采样图像进行针对性YUV三通道字典重建，三通道重建的图像融合为一幅初始高分辨率图像；采用针对性YUV三通道残差字典对初始高分辨率图像进行高频信息补偿，将处理结果转回RGB空间，获得在低码率段最终的解码图像；步骤三：根据编码模式标志位α，若在中高码率段，则对原始待压缩图像直接进行JPEG2000标准编解码，再对压缩后的图像进行针对性YUV三通道字典重建；对重建后的图像进行下采样操作，恢复到原始分辨率大小，获得在中高码率段最终的解码图像。

【技术特征摘要】
1.一种融合超分辨率技术和JPEG2000标准的单幅彩色图像压缩编码方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：对待处理图像，选择其是在低码率段还是中高码率段中进行处理，获得编码模式标志位α；步骤二：根据编码模式标志位α，若在低码率段，则首先对输入图像进行下采样，并将下采样图像进行JPEG2000标准编解码，得到压缩的下采样图像；在YUV空间，对压缩后的下采样图像进行针对性YUV三通道字典重建，三通道重建的图像融合为一幅初始高分辨率图像；采用针对性YUV三通道残差字典对初始高分辨率图像进行高频信息补偿，将处理结果转回RGB空间，获得在低码率段最终的解码图像；步骤三：根据编码模式标志位α，若在中高码率段，则对原始待压缩图像直接进行JPEG2000标准编解码，再对压缩后的图像进行针对性YUV三通道字典重建；对重建后的图像进行下采样操作，恢复到原始分辨率大小，获得在中高码率段最终的解码图像。2.根据权利要求1所述的融合超分辨率技术和JPEG2000标准的单幅彩色图像压缩编码方法，其特征在于步骤一所述的编码框架的选择方法，根据码率选择合适的编码框架，使得本发明在低码率段和中高码率段都能获得比JPEG2000更好的率失真性能，最终的解码图像相较JPEG2000具有更好的主观视觉效果，且定义编码模式标志位α，若α＝0，则选择在低码率段的编码框架，若α＝1，则选择在中高码率段的编码框架。3.根据权利要求1所述的融合超分辨率技术和JPEG2000标...

【专利技术属性】
技术研发人员：何小海，何静波，范梦，陈洪刚，滕奇志，卿粼波，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51