遥感图像二倍无损及近无损压缩编码方法技术

本发明专利技术公开了一种遥感图像二倍无损及近无损压缩编码方法。其过程是：将原始图像分成条带，根据各条带的宽度、高度以及图像数据精度确定条带编码门限Ｔ；将每个条带中所有数据按照其数据拆分位拆分成重要比特平面序列和非重要比特平面序列；对重要比特平面序列进行无损编码；根据输出重要比特平面编码码流长度、编码门限以及冗余比特之间的关系控制输出非重要比特平面码流，以趋近编码门限；对下一条带数据拆分位进行调整，并使用该调整后的数据拆分位对下一条带进行编码；依次反复完成所有条带的压缩编码。本发明专利技术具有复杂度低、易于硬件实现、编码速度和效率高的优点，可用于卫星遥感图像压缩。

【技术实现步骤摘要】
遥感图像二倍无损及近无损压縮编码方法
-本专利技术涉及图像压縮编码
，具体说是一种无损、近无损编码方法，用于卫 星遥感图像的压縮编码。
技术介绍
在卫星遥感应用中，搭载在卫星平台J:的各类有效载荷，如可见光相机、多光谱成 像仪、红外相机、干涉合成孔径雷达等，可以获取不同种类的遥感图像。与一般自然图 像相比，遥感图像数据的相关性较弱，具有信息熵值高、冗余度低的特点，故进行高压 縮比的实时编码是非常困难的。在实际应用中，卫星遥感图像的压縮质量要求与其它电视、景物、医疗图像也有着很大的区别，表现在1) .军事卫星遥感图像，尤其是光学遥感图像， 一些重要的信息主要隐含在某些 点、线和点的集合上。对于遥感图像中军事目标(如坦克、飞机、桥梁和机场跑道等等) 的判读，目前主要依靠军事目标的几何形状特征来识别的。这就要求编解码处理后，军 事目标的形状和位置不发生畸变和扭曲。2) .由于卫星遥感图像是在几百公里高空拍摄的，成像时受到太阳高度角、大气 散射等诸多因素的影响，导致原始图像质量较差，信噪比较低，对比度不均匀。这就要 求编解码系统应当尽量避免累加编码噪声，如方块效应、凸凹噪声、伪轮廓噪声、条带 状噪声以及巻绕失真等等，引起军事目标信息的丢失。3) .为了适应星上压縮，算法要求必须简便、快捷、所占用的存储容量小、易于硬 件实现。由于这些遥感图像的原始数据率很高，而且存在信息冗余，因此在进行数据存储和 传输之前需要对遥感图像进行高效的压缩编码。为了最大限度的保持原始图像的质量， 在某些应用下r要求对这些遥感图像进行无损或近无损的压縮。近年来，图像编码理论取得了一系列令人瞩目的成果。1993年Shapiro提出了内嵌 零树编码(EZW)方法，1996年Pearlman根据Shapiro零树编码的基本思想，提出了一 种新的且性能更优的实现方法，即基于分层树集合分割排序(Set Partitioning in Hierarchical Trees, SPIHT)的编码算法。2000年Taubman结合率失真优化算法提出了EBCOT算法，该算法被最新的国际编码标准JPEG2000所釆用，成为JPEG2000编码系统的核心算法。这些高性能算法把小波变换应用到图像编码，是一次新的图像编码技术革 命。但是这些以小波变换为核心的压缩算法，由于小波变换的计算复杂度高、比特平面 编码复杂度高和所需存储空间很大，硬件实现复杂度高，很难满足卫星遥感图像压縮应 用的要求。传统的JPEG图像压缩方法压縮效率较低，而且不适于无损或近无损压縮； 同时JPEG算法的抗误码能力不强，在误码率较高的卫星信道传输会造成严重的误码扩 散，因此也不宜采用。 专利技术的内容本专利技术的目的在于克服上述己有技术的不足，提供一种编码复杂度低、易于硬件 实现的遥感图像二倍无损及近无损压縮编码方法，以实现卫星遥感图像压縮应用的 要求。实现本专利技术目的的技术关键是将原始图像分成条带，每一条带独立编码。在条带编 码中，把图像数据分为重要比特平面和非重要比特平面，对重要比特平面数据进行无损 编码，根据输出码流长度与编码门限的关系决定是否输出非重要比特平面数据，以实现 码率控制。具体过程如下-1、 根据输入原始图像的宽度、高度信息将图像分成条带，并根据各条带的宽度、 高度以及图像数据精度确定编码门限T,即乂 = 16其中W为原始图像的宽度 A为条带的高度 7V为图像数据的精度；2、 根据输入图像的位深N和数据拆分比特位bp，将每个条带中的所有数据拆分成重要比特平面序列和非重要比特平面序列;3、 对重要比特平面序列WgS,进行无损编码，即先对重要比特平面序列W'g&进行差 分和映射处理后生成一个非负序列《，再将该非负序列《按每16个数据分为一组，独立进行熵编码，依次编码完整个序列《；4、 当一个条带的重要比特序列编码结束时，将输出码流长度L与编码门限T比较，根据当前条带的重要比特平面码流长度L大于或小于编码门限T的不同结果，对下一 个条带的数据拆分位bp'进行调整，并对该条带的数据编码； 5、依次对所有条带完成编码后，输出总的编码码流。上述遥感图像二倍无损及近无损压縮编码方法，其中当前条带的重要比特平面码流长度L达到或超过编码门限T时，则进行如下处理(1) 如果Z-r^77W,则调整下一个条带的数据拆分比特位bp',々bp'=bp+l;(2) 更新输出码流长度L与门限的冗余比特长度R，使更新后的冗余比特长度 i '-w+丄-r,再进入下一个条带编码。上述的遥感图像二倍无损及近无损压縮编码方法，其中当前条带的重要比特平面码 流长度L小于总编码门限T时，则进行如下处理(1) 如果T-丄2^，则调整下一个条带的数据拆分比特位bp'，令bp^bp陽l，8若bp已经为O则不做处理(2) 如果r-Ki ，更新当前冗余比特长度R,使更新后的冗余比特长度 i ' = i +z-r，进入下一个条带编码；(3) 如果r-丄>及，则通过进一步判断超出长度r-z-; 与非重要比特流长度u 的关系，确定非重要比特的输出(a) 如果r-z-/ 》c/，输出非重要比特码流长度u和非重要比特码流，更新当前冗余比特长度R，进入下一个条带编码；(b) 如果r-z-i <^/，输出长度信息r-丄-/ 和部分非重要比特码流，将当前冗 余比特长度R清零，进入下一个条带编码。上述遥感图像二倍无损及近无损压縮编码方法，其中对重要比特平面序列^^,进行差分处理是，依次将每一个条带重要比特平面序列^g《中每一个点的值减去前一个点 的值，得到一个相应的差分序列w,，具体计算公式为，其中M,(O)和WgS,(O)分别为序列巧和s/p,的起始数据;s/g《C/)为图像条带重要比特平面序列S/^,中第j个点的值;巧CO为差分序列化中第j个点的值。上述遥感图像二倍无损及近无损压縮编码方法，其中对重要比特平面序列w^,进行映射处理是将差分序列巧映射为一个非负的序列《，具体映射公式为其中P = minO, (7 — 1)， 2一 — M, (_/ — 1) -1);N为数据精度，bp为当前编码条带的数据拆分位；《C/)为序列《中第j个点的值。上述，其中将非负序列《按每16个数据 分为一组，独立进行熵编码，是通过自适应熵编码器，采用分裂编码方法按如下过程进行(1 )对分组数据n位编码数据按照分裂位k进行数据分裂，产生两组数据 一组n-k 位高比特数据和一组k位的低比特数据；(2) 对高比特数据进行游程编码；(3) 把低比特数据直接附加在高比特数据码流后面；(4) 按照分裂位k从0到iV-^的顺序，依次计算使用不同分裂位编码将产生的码流长度，对产生的所以码流长度进行比较，选取码流长度最短的码流所对应的分裂位 对所述的16个数据进行分裂编码。上述遥感图像二倍无损及近无损压縮编码方法，其中重要比特平面序列Wg^是原序列的W-^个高比特平面单独组成一个新的序列，该序列的序号由低到高依次为0、1、…W-6p-l;其中非重要比特平面序列eA7^是原序列的bp个低比特平面单独组成另一个新的序列，该序列的序号由低到高依次为O、 1、… -l。本专利技术由于没有复杂的矩阵运算或者上下文预测，因而相对于现有技术，复杂度低， 硬件实现简本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种遥感图像二倍无损及近无损压缩编码方法，包括如下过程：（１）根据输入原始图像的宽度、高度信息将图像分成条带，并根据各条带的宽度、高度以及图像数据精度确定编码门限Ｔ，即Ｔ＝ｗ×ｈ×Ｎ／１６其中：ｗ为原始图像的宽度ｈ为条带的高度Ｎ为图像数据的精度；（２）根据输入图像的位深Ｎ和数据拆分比特位ｂｐ，将每个条带中的所有数据拆分成重要比特平面序列ｓｉｇｓ↓［ｉ］和非重要比特平面序列ｅｒｒｓ↓［ｉ］；（３）对重要比特平面序列ｓｉｇｓ↓［ｉ］进行无损编码，即先对重要比特平面序列ｓｉｇｓ↓［ｉ］进行差分和映射处理后生成一个非负序列δ↓［ｉ］，再将该非负序列δ↓［ｉ］按每１６个数据分为一组，独立进行熵编码，依次编码完整个序列δ↓［ｉ］；（４）当一个条带的重要比特序列编码结束时，将输出码流长度Ｌ与编码门限Ｔ比较，根据当前条带的重要比特平面码流长度Ｌ大于或小于编码门限Ｔ的不同结果，对下一个条带的数据拆分位ｂｐ′进行调整并输出当前条带的非重要比特平面码流；（５）以ｂｐ′为数据拆分位，返回到（２）进入下一个条带编码；（６）反复进行（２）～（５），完成所有条带的编码，输出总的编码码流。

【技术特征摘要】
1、一种遥感图像二倍无损及近无损压缩编码方法，包括如下过程(1)根据输入原始图像的宽度、高度信息将图像分成条带，并根据各条带的宽度、高度以及图像数据精度确定编码门限T，即2、根据权利要求1所述的遥感图像二倍无损及近无损压縮编码方法，其中当前 条带的重要比特平面码流长度L达到或超过编码门限T时，对下一个条带的数据拆分位bp'进行调整并输出当前条带的非重要比特平面码流，包括如下过程1) 如果Z-7^77W，则调整下一个条带的数据拆分比特位bp'，令bp'-bp+l;2) 更新当前冗余比特长度R，使更新后的冗余比特长度/ '-i +丄-r; 3)输出4字节长度信息0的非重要比特平面数据信息。3、 根据权利要求1所述的遥感图像二倍无损及近无损压缩编码方法，其中当前 条带的重要比特平面码流长度L小于总编码门限T时，对下一个条带的数据拆分位bp'进行调整并输出当前条带的非重要比特平面码流，包括如下过程1) 如果T-丄2^，则调整下一个条带的数据拆分比特位bp'，令bp'-bp-l，8若bp已经为0则不做调整；2) 如果T-丄SA,更新当前冗余比特长度R，使更新后的冗余比特长度 = + 7;输出4字节长度信息0的非重要比特平面数据信息；3) 如果r-丄〉i ，则通过进一步判断超出长度r-z-及与非重要比特码流长 度u的关系，确定非重要比特的输出(a) 如果T-丄-i 2t/，更新当前冗余比特长度R，输出非重要比特码流长度 u和非重要比特码流；(b) 如果r-丄-i <u，将当前冗余比特长度R清零，输出长度信息r-丄-及 和部分非重要比特码流。4、 根据权利要求i所述的遥感图像二倍无损及近无损压缩编码方法，其中对重要比特平面序列s/^,进行差分处理是依次将每一个条带重要比特平面序列W'^,中每一个点的值减去前一个点的值，得到一个相应的差分序列巧，具体计算公式为，<formula>formula see original document...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云松，孔繁锵，王柯俨，马伟祥，吴成柯，刘凯，龚晓华，刁云，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]