一种性能预知的卫星图像大压缩方法技术

本发明专利技术一种性能预知的卫星图像大压缩方法，通过提出的预估图像压缩性能的方法，事先计算压缩前后图像的峰值信噪比PSNR，根据所得结果采取后续的大压缩处理，保证了不管什么图像，凡是经过本发明专利技术压缩处理后恢复的图像质量都满足要求，从而扩大了实际应用中的图像压缩比，克服了不经过实际压缩无法知道压缩性能的难题。本发明专利技术基于JPEG2000标准图像压缩方法，实现了满足性能要求的图像大压缩，增加了图像数据压缩方法的应用价值。特别是在16倍压缩比的情况下，本发明专利技术把整体压缩与感兴趣区域压缩有机结合，保证了信道传输数据量始终为原来的1/16，压缩性能满足要求。

A Large Compression Method for Satellite Images with Predictive Performance

【技术实现步骤摘要】
一种性能预知的卫星图像大压缩方法
本专利技术涉及一种数据传输的方法，特别涉及一种性能预知的卫星图像大压缩方法，属于通信(如数据通信技术等)领域。
技术介绍
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，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，对图像压缩来说，一般情况下，压缩前后图像峰值信噪比(PSNR)应该达到30dB，压缩比越高PSNR越小。较大压缩比情况下如16倍左右，PSNR往往连30dB都达不到。目前图像数据压缩方法有许多，代表性的有JPEG以及JPEG2000。由于压缩标准算法功能比较多，算法与图像本身特性有关，不是什么情况下都有好结果。在许多实际应用情况下，压缩比一般为4倍，有的场合需要的压缩比较大，如16倍，则目前压缩算法性能无法满足要求。虽然标准压缩方法不是对什么图像都有好的压缩效果，但标准方法应用广泛，如果能基于该方法得到性能更好的压缩方法则意义重大，应用范围也广。
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，提供一种性能预知的卫星图像大压缩方法，通过预先估计压缩性能把原图像大压缩比压缩(如16倍)压缩，满足用户要求。本专利技术的技术方案是：一种性能预知的卫星图像大压缩方法，步骤如下：1)设对大小为M*N的图像A采用压缩方法a压缩R倍时的PSNR性能门限为PSNR0，该门限来源于用户的要求；其中M、N为正整数，R取典型值16；2)计算得到图像A采用压缩方法a压缩R倍时图像的PSNR，；3)设置门限余量T≤0；如果PSNR≥PSNR0+T，那么对图像A用压缩方法a进行R倍压缩，得到压缩数据流C1；如果PSNR<PSNR0+T，则对图像A用压缩方法b进行R倍压缩，得到压缩数据流C2；4)传输或存储图像A的压缩数据流C1或C2；5)对C1或C2解压缩，得到原图像A的恢复图像B。所述压缩方法a采用的压缩方法为JPEG2000标准压缩方法。所述图像A采用压缩方法a压缩R倍时图像的PSNR的计算步骤如下：11)计算得到中间量参数S：S＝(Q+V)/(M*N)；其中Q＝∑∑abs(A(i+1,j)-A(i，j)，V＝∑∑abs(A(i,j+1)-A(i，j))；上式的前项Q中i＝1,…M-1,J＝1,…N，后项V中i＝1,…M，J＝1,…N-1；12)计算得到PSNR：PSNR＝-9.6304ln(S)+59.0983dBln(S)为S的自然对数。所述对图像A用压缩方法b进行R倍压缩，形成压缩数据C2的具体步骤如下：选择图像A的感兴趣区域图像A1，大小占整个图像A的1/4；对感兴趣区域图像A1基于JPEG2000标准压缩方法压缩4倍，形成压缩数据C2。所述对图像A用压缩方法b进行R倍压缩，形成压缩数据C2的具体步骤如下：选择图像A的感兴趣区域图像A1，大小占整个图像A的1/16；把图像A基于JPEG2000标准压缩方法压缩64倍，形成压缩数据C，把C2隐藏到感兴趣区域图像A1中，形成压缩数据C2，感兴趣区域图像A1大小不变，仍然为1/16。所述对图像A用压缩方法b进行R倍压缩，形成压缩数据C2的具体步骤如下：对图像A进行缩放，提取缩小的图像A1，大小占整个图像A的1/4；对缩小的图像A1基于AMBTC的标准压缩方法压缩4倍，形成压缩数据C2。所述对图像A用压缩方法b进行R倍压缩，形成压缩数据C2的具体步骤如下：对图像A进行缩放，提取缩小的图像A1，大小占整个图像A的1/16，形成压缩数据C2。本专利技术与现有技术相比的有益效果在于：本专利技术在不改变数据压缩标准体制情况下，通过事先按照本专利技术的方法判断精确估计PSNR再进行后续压缩步骤的方法，发挥了“知己知彼百战百胜”的效果。好处：不用“压缩后再进行解压缩，然后才能计算PSNR”的老办法，大大简化了通过恢复得到很好的压缩效果。本专利技术与目前
技术介绍
相比有下面几点实质性不同及进步：(1)该方法把满足高压缩(16倍)要求的图像事先找出来，直接进行大压缩，得到的PSNR与实际值非常接近。(2)该方法把不满足高压缩(16倍)要求的图像事先找出来，选择感兴趣区域进行图像压缩(4倍)，由于用户能接受4倍压缩的结果，因此该部分图像的压缩性能也满足用户要求。感兴趣图像得到的PSNR可以满足用户要求。(3)该方法事先精确得出压缩解压缩之后才能得到的PSNR值，大大简化了PSNR计算过程，保证接收端解压缩恢复的图像满足用户要求。预先计算PSNR的方法为专利技术人基于JPEG2000压缩方法对成百上千幅国际标准图像PSNR计算总结出来的，PSNR与PSNR真值相比精度在2％左右，与公开文献均不同。(4)该方法可以与许多常规压缩方法结合起来使用，事先筛选出性能达标的图像，采取合理的压缩方法。(5)该方法另辟蹊径，解决了4倍以上直接采用16倍压缩无法满足用户求的矛盾，避免了用户收到图像后才知道压缩效果不佳的局面，做到了图像大压缩之后，收到的图像或感兴趣区域图像总能满足要求。(6)该方法为数据压缩标准高压缩比实际应用开辟了新的技术途径，仅事先简单计算图像的类似梯度的特征参数值，就能把压缩比扩大到16倍或其它倍。(7)该方法背景来源于卫星图像，但适用于普通数字图像的压缩，不是仅仅适用于卫星图像。(8)该方法通过设置PSNR余量T，做到了在不同大压缩比下应用的效果。附图说明图1本专利技术实验图像1boat.bmp(512*512*8bit)；图2本专利技术实验图像2baboon.bmp(512*512*8bit)。具体实施方式通过仿真验证本专利技术的性能，实验中采用了2幅大小为512×512的8比特国际标准灰度图像(boat.bmp和Baboon.bmp)进行压缩与恢复。使用峰值信噪比(PeakSignaltoNoiseRatio，PSNR)指标来衡量压缩算法的性能。对于一幅大小为H×W的8bit数字图像，PSNR定义如下：式中，MSE为原图像与恢复图像之间的均方差，计算公式为这里xij,分别表示原始图像和恢复图像在(i,j)处的像素值。性能测试标准图像的JPEG2000压缩处理结果如表1所示，不同压缩比下4幅标准图像的PSNR值(dB)。表1举例1图1boat.bmp的压缩(1)设图像A用JPEG2000压缩方法1压缩R＝16倍时的PSNR性能门限为PSNR0＝34dB，该门限来源于用户的要求；(2)对图像A(大小为M*N，M、N为正整数),预先估计用压缩方法1压缩R倍时图像的PSNR,设置门限余量T>＝0，R典型值为16；T＝0；对图像A(大小为M*N，M、N为正整数),M＝512，N＝512S＝(∑∑abs(A(i+1,j)-A(i，j))+∑∑abs(A(i,j+1)-A(i，j)))/(M*N)第一项中i＝1,…M-1,J＝1,…N，第二项中i＝1,…M，J＝1,…N-1S(boat)＝14.06dB再计算PSNR＝-9.6304ln(S)+59.0983dB得到PSNR(boat)＝34.38dB(3)存在PSNR>＝PSNR0+T，PSNR(boat)＝34.38dB>PS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种性能预知的卫星图像大压缩方法，其特征在于步骤如下：1)设对大小为M*N的图像A采用压缩方法a压缩R倍时的PSNR性能门限为PSNR0，该门限来源于用户的要求；其中M、N为正整数，R取典型值16；2)计算得到图像A采用压缩方法a压缩R倍时图像的PSNR，；3)设置门限余量T≤0；如果PSNR≥PSNR0+T，那么对图像A用压缩方法a进行R倍压缩，得到压缩数据流C1；如果PSNR<PSNR0+T，则对图像A用压缩方法b进行R倍压缩，得到压缩数据流C2；4)传输或存储图像A的压缩数据流C1或C2；5)对C1或C2解压缩，得到原图像A的恢复图像B。

【技术特征摘要】
1.一种性能预知的卫星图像大压缩方法，其特征在于步骤如下：1)设对大小为M*N的图像A采用压缩方法a压缩R倍时的PSNR性能门限为PSNR0，该门限来源于用户的要求；其中M、N为正整数，R取典型值16；2)计算得到图像A采用压缩方法a压缩R倍时图像的PSNR，；3)设置门限余量T≤0；如果PSNR≥PSNR0+T，那么对图像A用压缩方法a进行R倍压缩，得到压缩数据流C1；如果PSNR<PSNR0+T，则对图像A用压缩方法b进行R倍压缩，得到压缩数据流C2；4)传输或存储图像A的压缩数据流C1或C2；5)对C1或C2解压缩，得到原图像A的恢复图像B。2.根据权利要求1所述的一种性能预知的卫星图像大压缩方法，其特征在于：所述压缩方法a采用的压缩方法为JPEG2000标准压缩方法。3.根据权利要求2所述的一种性能预知的卫星图像大压缩方法，其特征在于：所述图像A采用压缩方法a压缩R倍时图像的PSNR的计算步骤如下：11)计算得到中间量参数S：S＝(Q+V)/(M*N)；其中Q＝∑∑abs(A(i+1,j)-A(i，j)，V＝∑∑abs(A(i,j+1)-A(i，j))；上式的前项Q中i＝1,…M-1,J＝1,…N，后项V中i＝1,…M，J＝1,…N-1；12)计算得到PSNR：PSNR＝-9.6304ln(S)+59.0983dBln(S)...

【专利技术属性】
技术研发人员：周诠，刘睿华，呼延烺，刘娟妮，蒙红英，李小军，王鸣涛，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