基于小波变换的图像压缩方法技术

一种基于小波变换的图像压缩方法，包括下述步骤：１）对数字图像进行小波变换得到小波系数；２）对每个小波系数除以一个量化系数；３）将小波系数按照所在的子带位置进行分块；４）每个系数块按位面进行扫描，位面扫描过程中将每个小波系数按照周围小波系数的显著性、小波系数符号、细化和通用输出分为１３类，然后根据类型按照不同的分布模型使用算术编码器进行编码。本发明专利技术采用一个位面一次扫描的编码方法，可取消ＯＴ过程，大大减少操作所需要的周期数和编码系统的延迟，将小波系数进行标量量化，可保证图像序列在编码过程中图像质量的相对稳定性，量化后的小波系数分块后再进行子分块，可减少编码符号数，大大减轻了二元算术编码器的压力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信息
，具体涉及一种基于小波变换的数字图像压缩编码方法。
技术介绍
目前，小波变换的数字图像压缩编码方法皆采用JPEG2000标准编码方法，JPEG2000标准中的EBCOT编码流程如下如图1所示，它是将原始图像经过多级小波变换后得到小波系数，然后将各个子带的小波系数分割成一个个的系数块(JPEG2000建议分成64×64或32×32为好)，每个块先进行重要性优先编码(EBC)，再实现全局优化截断(OT)。为了实现重要性优先编码，将每一块小波系数使用原码表示后，最高位是符号位(0为正，1为负)，其他位为系数的绝对值。系数绝对值中的同一位的集合称为位面(如图2所示)，编码过程中从绝对值高位面向低位面逐个位面扫描。对块内的每个系数，如果它在位面k中的值是1，而且在比k更高的位面中都是0，则称该系数在位面k..0中是显著的。每个位面编码时扫描三次，第一次扫描对周围有已经在比当前位面高的位面显著的系数进行编码，称为显著性扩散(Significance propagation)，第二次扫描是输出显著的系数的当前位面值，称为细化(Magnitude refinement)，第三次扫描是对第一次扫描没有检测到的显著系数进行扫描，称为清理(Cleanup)。这样，被认为重要的信息小波系数信息就优先输出，而且码流中的每个位面的每个扫描过程输出的信息都是可以截断的，该编码特征称为“嵌入式编码”。JPEG2000具体的编码过程如图3所示，每个系数块编码完成后，再将每个系数块的编码结果通过优化截断(OT)组合在一起，构成所谓的质量层，这样可以实现整个图像的重要性优先编码。但是这样做大大增加了编码所需要的时钟周期数，而且使用全局性的OT增加了编码系统的理论延迟，另外，这种做法虽然可以精确控制每一个单独图像的码率，但是没有有效的方法对多个图像构成的图像序列质量进行稳定的控制。EBCOT编码器是JPEG2000编码器的核心，由于对每个位面逐层编码，而且每一个位面需要三次扫描，导致了编码过程非常耗时，特别是在硬件实现过程中，占用的始终周期数特别多，远远超过了小波变换部分和算术编码部分，成为整个JPEG2000编码系统的瓶颈。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种可减少编码所需要的时钟周期数，同时可对码率和质量进行控制且可实现较高的像素速率之小波变换的数字图像压缩编码方法。本专利技术是通过下面的技术方案解决上述技术问题的。它包括下述步骤1)对数字图像进行小波变换得到小波系数；2)对每个小波系数除以一个量化系数，该量化系数在1.0到1000.0之间；3)将小波系数按照所在的子带位置进行分块；4)每个系数块按位面进行扫描，位面扫描过程中将每个小波系数按照周围小波系数的显著性、小波系数符号、细化和通用输出分为13类，其中显著性分为6类，分类号为0-5，小波系数符号分为5类，分类号为6-10，细化之分类号为11，通用输出分类号为12，然后根据类型按照不同的分布模型使用算术编码器进行编码。所述步骤3)是将小波系数分为不超过32×32大小的系数块，系数块的边界不跨子带，每个32×32系数块再分成16×16的系数子块，且每个系数块根据所在的子带位置分为LL、LH、HL和HH四种类型；所述步骤4)为①使用分类号12计算系数块的最高有效位面号并输出；②使用分类号12对每个16×16的系数子块计算其最高有效位面号并输出；③从最高有效位面开始到最低位面对系数块进行扫描，扫描过程中跳过超过最高有效位面号的系数子块；④在扫描过程中根据周围系数的显著性情况对当前位面不显著的系数的显著性特征分布进行分类，然后将系数的显著性按照分类结果送到算术编码器编码输出。在扫描过程中对不显著系数根据周围小波系数的显著性情况进行分类包括下述步骤①先根据系数周围的显著性情况，计算该系数的权值，如果显著，则根据LL、LH、HL和HH类型块的加权表加上该权值；②对权值进行调整得到6种显著性分类号；③对已经显著的系数，按照分类号11输出该系数在当前位面的值；④对未知显著性的系数，根据显著性分类号将系数的实际显著性按得到的分类号输出；如果该系数确实显著，输出系数的符号位。本专利技术具有下列技术效果1)本专利技术提出了一种一个位面一次扫描的编码方法，该方法在压缩性能上比EBCOT好，在可实现性方面比EBCOT简单，取消了OT过程，在硬件实现时可以大大减少操作所需要的周期数，并可以实现硬件流水线作业，减少了编码系统的延迟。2)本专利技术在进行系数分类时采用相关区域更大的数学模型，对每个系数根据其周围24个系数的状态进行分类，比JPEG2000根据周围8个系数的方案更充分地考虑了小波系数的远程相关性。这样处理，可保证在一次扫描下压缩性能不低于JPEG2000。3)本专利技术采用了系数子块的概念，进一步减少了编码符号数，大大减轻了二元算术编码器的压力，使得符号数与图象样本数的比在典型质量情况下达到1.5∶1，在一套逻辑工作的情况下可以实现较高的像素速率。4)本专利技术通过对小波系数进行标量量化，可实现质量控制和码率的控制，保证了图像序列在编码过程中图像质量的相对稳定性，避免了图像质量大起大落的现象，特别适合于质量优先的数字视频的编码。附图说明图1为小波系数分块示意图；图2为小波系数块的位面；图3为现有技术JPEG2000的图像编码过程示意图；图4为本专利技术的图像编码过程示意图；图5为本专利技术小波系数块分成小波系数子块示意图；图6为本专利技术小波系数子块内同一位面的扫描顺序；图7为本专利技术编码流程图。具体实施例方式本申请人经过研究和使用发现，现有技术中JPEG2000为了实现嵌入式编码，在对小波系数编码过程中采用了逐个位面扫描，每个位面又进行三次扫描的办法进行块编码(EBC)，全部系数块编码完成后再在图像块的范围内对编码后的系数块进行优化截断(OT)，这种方法会大大增加编码所需要的时钟周期数，而且对编码后的系数块进行优化截断(OT)增加了编码系统的理论延迟，另外，这种做法虽然可以精确控制每一个单独图像的码率，但是没有有效的方法对多个图像构成的图像序列质量进行稳定的控制。本专利技术针对上述缺陷，提出了一种一个位面一次扫描的编码方法，该方法可取消OT过程，在硬件实现时可以大大减少操作所需要的周期数，减少了编码系统的延迟，通过将小波系数进行标量量化，同样可以精确控制码率，同时还可保证图像序列在编码过程中图像质量的相对稳定性，将量化后的小波系数进行分块后再进行子分块，可减少编码符号数，大大减轻了二元算术编码器的压力。下面详述本专利技术。本专利技术的具体实施步骤如下1、将原始图像进行多级二维离散小波变换，使用现有技术中W97-2小波滤波器，如图1所示，可得到各个子带的小波系数，按照位置分为LL，LH，HL和HH四种类型，分解级数为N时，子带数是3N+1个； 2、通过小波变换得到小波系数后，对小波系数进行标量量化，即对每个小波系数除以一个量化系数，该量化系数一般在1.0到1000.0之间，量化系数越大，图像损失越大，输出的码流就越小。该标量量化可根据应用系统的要求对不同的子带指定不同的量化系数，也可以只指定统一的量化系数。量化系数记录在输出码流中，供解码使用；3、量化后的小波系数按照图1所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于小波变换的图像压缩方法，它包括下述步骤：　　　　１）对数字图像进行小波变换得到小波系数；　　　　２）对每个小波系数除以一个量化系数，该量化系数在１．０到１０００．０之间；　　　　３）将小波系数按照所在的子带位置进行分块；　　　　４）每个系数块按位面进行扫描，位面扫描过程中将每个小波系数按照周围小波系数的显著性、小波系数符号、细化和通用输出分为１３类，其中显著性分为６类，分类号为０－５，小波系数符号分为５类，分类号为６－１０，细化之分类号为１１，通用输出分类号为１２，然后根据类型按照不同的分布模型使用算术编码器进行编码。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王国秋，
申请(专利权)人：王国秋，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]