一種圖像數據無損壓縮的編碼方法

2023-09-20 09:15:25 2

專利名稱：一種圖像數據無損壓縮的編碼方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像數據無損壓縮的編碼方法，屬於數字圖像無損壓縮技術領域。
背景技術：
在信息環境中，信息大部分是以數位化的方式表示、存儲和傳輸的，其中圖像佔了絕大部分。但是數位化的圖像需要佔用巨大的空間，為了對圖像數據進行有效的處理、存儲和傳輸，必須對圖像數據進行壓縮存儲。因此，數字圖像信息壓縮編碼也就成為多媒體信息處理中的關鍵技術之一。如何在保證無損的前提下儘可能提高圖像的壓縮效率，對於與圖像有關的應用而言，具有非常重要的意義。赫夫曼方法是前綴即時碼中編碼效率最優的編碼方法，其對信源的統計特性沒有特殊要求，對編碼設備的要求也比較簡單，綜合性能優於香農碼和費諾碼。但其解碼過程需通過碼錶匹配來實現，因此解碼效率低下。一些次優編碼方法，如機碼，B2碼以及移位碼等，雖然編解碼效率得到提高，但編碼形式固定、單一，對信源的統計特性有特殊要求，壓縮效率較低。

發明內容
本發明的目的在於針對現有技術存在的問題提出一種圖像數據無損壓縮的編碼方法，該方法具有靈活性強，算法簡單，易於實現，編解碼效率高。為了達到上述目的，本發明採用下述技術方案
一種圖像數據無損壓縮的編碼方法，其特徵在於，該方法具體步驟如下
(1)、從原始圖像逐行讀取數據生成圖像矩陣見X/3,從圖像矩陣見X/3中生成橫向一階差分矩陣毛和縱向一階差分矩陣Un ；
(2)、從橫向一階差分矩陣毛Χ/3和縱向一階差分矩陣 ;Χ/3中生成混合一階差分矩陣 IVaxn和混合一階差分矩陣子塊的狀態二值碼流々；
(3)從混合一階差分矩陣中逐行提取元素符號，0表示正號，1表示負號，生成混合一階差分矩陣的符號二值碼流^和非負混合一階差分矩陣乙ΧΛ ；
(4)、統計非負混合一階差分矩陣乙Χ/3中各元素出現的個數，生成元素個數統計數組J；
(5)、從元素個數統計數組J中生成元素映射數組Ts,依元素映射數組Ts對非負混合一階差分矩陣乙ΧΛ中各元素重新分配數值；
(6)、對元素個數統計數組J分別進行7=0，1，2，3，4次數據合併，建立5組統計數組禮，4，為，4，小和對應的5組組號數組&，/^^，/^，^ ；
(7)、依次對5組統計數組^d1，為乂3，A和5組組號數組^，/^，巧，巧，廠4，統計編碼截斷階數P分別為1，2，3，…，32階下的編碼比特數，選取編碼比特數最小時的合併次數&和編碼截斷階數&；
(8)、逐行提取非負混合一階差分矩陣乙Χ/3元素，依次放入數組中，依步驟(7)選取的2個參數，即合併次數qc和編碼截斷階數&，對數組中各元素進行合併與編碼，生成一次壓縮編碼二值碼流T1 ；
(9)、統計一次壓縮編碼二值碼流T1中連續0和連續1的長度，得到一次壓縮編碼二值碼流7；的長度分布數組Z ；
(10 )、用長度分布數組L的長度商數組Q和餘數二值碼流R表示長度分布數組L，實現二次編碼壓縮，生成二次編碼二值碼流T2。本發明的一種圖像數據無損壓縮的編碼方法具有如下特點
(1)、該方法能根據圖像數據的統計特徵選取壓縮量最大情形下所對應的數據合併次數7與編碼截斷階數/7，依所選合併次數和編碼截斷階數構造一種即時編碼，靈活性強，算法簡單，易於實現，編碼效率高；(2)、該方法的一次壓縮編碼表的構成簡單，對於數值小於編碼截斷階數的壓縮元素，由編碼前綴，即1元即時碼表示，對於數值大於等於編碼截斷階數的壓縮元素，由編碼前綴和編碼後綴聯合表示；(3)、該方法的一次壓縮編碼表的主要部分為其前綴編碼，前綴編碼可按位平面層面分解，並依位平面層面擺放，基於圖像數據的連續性，這種二值碼流的層面擺放方式為後續的二次壓縮編碼提供可能，兩次編碼後的整體壓縮效率高；(4)、該方法的編碼前綴及編碼後綴結構統一，解碼過程無需匹配，解碼效率尚ο


圖1是本發明的一種圖像數據無損壓縮的編碼方法的流程圖； 圖2是生成混合一階差分矩陣方法示意圖3是數組在合併次數Clc和編碼截斷階數&下的編碼表；
圖4是序列按位平面層面的分解圖。
具體實施例方式下面結合附圖和256級灰度的任意圖像，對本發明作進一步描述。如圖1所示，本發明的一種圖像數據無損壓縮的編碼方法，其具體步驟如下 步驟(1)、從原始圖像逐行讀取數據生成圖像矩陣見Χ/3,從圖像矩陣凡Χ/3中生成橫向一
階差分矩陣毛ΧΛ與縱向一階差分矩陣，具體如下
從寬為 ，高為《的原始圖像中逐行提取圖像象素值，將提取所得象素值置入圖像矩陣 Din乂η 中，其中^m乂η,
分別計算第i行、第J·列處的橫向一階差分值^7與縱向一階差分值_7"，具體計算公式如下
Xij^di-Cli J^1 , 1=1, 2，... ,m, J=2, 3, ···,/ (1)
,"=""-￡/ .,1=2, 3, '",m, J=I, 2, — ,η(2)
其中，A7為橫向一階差分矩陣毛ΧΛ在( ,Ι)處的橫向一階差分值，Λ7為縱向一階差分矩陣乙在處的縱向一階差分值，橫向一階差分矩陣毛ΧΛ中第1列差分元素值、 縱向一階差分矩陣Ymxn中第1行差分元素值的具體計算公式如下
Xn=Cln-Cl^l 1 , i=2, 3, ... ,m(3)橫向一階差分矩陣毛ΧΛ和縱向一階差分矩陣Y—第1行第1列差分元素值置為0 ； 步驟(2)、從橫向一階差分矩陣毛Χ/3和縱向一階差分矩陣 ;χ/3中生成混合一階差分矩陣和混合一階差分矩陣子塊的狀態二值碼流從具體如下
對橫向一階差分矩陣毛ΧΛ和縱向一階差分矩陣Y—按4X4大小的子塊劃分，各得 ( Χ )/16個子塊，分別計算橫向一階差分矩陣毛Χ/3和縱向一階差分矩陣Y…相同位置子塊元素絕對值之和，取絕對值之和最小的子塊對應的各個元素置入混合一階差分矩陣相同位置子塊處，生成一階混合差分矩陣^^^Ctj^Im，參見附圖2，對橫向一階差
+3 /+3 +3 /+3
分矩陣毛和縱向一階差分矩陣γ…相同位置子塊，記民=ΣΣΚ·Ι, =ΣΣΙιΙ
u=4 v—ju=4 v=J
，若式s冬，則將橫向一階差分矩陣毛ΧΛ子塊數據置入混合一階差分矩陣相同位置子
塊處，此時子塊的狀態標記為0 ；若式 >乓，則將縱向一階差分矩陣ι;Χ/3子塊數據置入混合
一階差分矩陣相同位置子塊處，此時子塊的狀態標記為1，將子塊的狀態標記O或1依次置入子塊的狀態二值碼流々中；
步驟(3)、從混合一階差分矩陣中逐行提取元素符號，O表示正號，1表示負號，生成混合一階差分矩陣的符號二值碼流S和非負混合一階差分矩陣乙ΧΛ，具體如下
從混合一階差分矩陣(XJO7)wxfl中逐行提取矩陣的各元素符號，正號元素記為 0，負號元素記為1，依次將符號元素O或1置入一階混合差分矩陣的符號二值碼流&對混合一階差分矩陣各元素取絕對值，生成非負混合一階差分矩陣 ( I xYij I 『
步驟(4)、統計非負混合一階差分矩陣乙X/3中各元素出現的個數，生成元素個數統計數組兒具體如下
統計非負混合一階差分矩陣乙中各元素出現的個數，按元素出現次數的大小置入元素個數統計數組J=Wj1，…，/O中，其中/7。彡A彡…彡&，/7。J1，…，化分別對應非負混合一階差分矩陣乙Xfl=(Iuo7I)i^中元素值aQ，ai，a2，…，出現的個數， 0彡6彡255，其中e 1 +, ，…，aj，表示非負混合一階差分矩陣乙X/3中任一點元素值僅在集合{
步驟(5)、從元素個數統計數組J中生成元素映射數組〔，依元素映射數組&對非負混合一階差分矩陣乙ΧΛ各元素重新分配數值，具體如下
依次將元素個數統計數組
權利要求
1.一種圖像數據無損壓縮的編碼方法，其特徵在於，包括如下步驟(1)、從原始圖像逐行讀取數據生成圖像矩陣見X/3,從圖像矩陣見X/3中生成橫向一階差分矩陣毛和縱向一階差分矩陣Un ；(2)、從橫向一階差分矩陣毛Χ/3和縱向一階差分矩陣 ;Χ/3中生成混合一階差分矩陣 IVaxn和混合一階差分矩陣子塊的狀態二值碼流々；(3)從混合一階差分矩陣中逐行提取元素符號，0表示正號，1表示負號，生成混合一階差分矩陣的符號二值碼流^和非負混合一階差分矩陣乙ΧΛ ；(4)、統計非負混合一階差分矩陣乙Χ/3中各元素出現的個數，生成元素個數統計數組J；(5)、從元素個數統計數組J中生成元素映射數組Ts,依元素映射數組Ts對非負混合一階差分矩陣乙ΧΛ中各元素重新分配數值；(6)、對元素個數統計數組J分別進行7=0，1，2，3，4次數據合併，建立5組統計數組禮，4，為，4，小和對應的5組組號數組&，/^^，/^，^ ；(7)、依次對5組統計數組^d1，為乂3，A和5組組號數組^，/^，巧，巧，廠4，統計編碼截斷階數P分別為1，2，3，…，32階下的編碼比特數，選取編碼比特數最小時的合併次數&和編碼截斷階數&；(8)、逐行提取非負混合一階差分矩陣乙Χ/3元素，依次放入數組中，依步驟(7)選取的 2個參數，即合併次數qc和編碼截斷階數&，對數組A中各元素進行合併與編碼，生成一次壓縮編碼二值碼流T1 ；(9)、統計一次壓縮編碼二值碼流T1中連續0和連續1的長度，得到一次壓縮編碼二值碼流7；的長度分布數組Z ；(10 )、用長度分布數組L的長度商數組Q和餘數二值碼流R表示長度分布數組L，實現二次編碼壓縮，生成二次編碼二值碼流T2。
2.如權利要求1所述的一種圖像數據無損壓縮的編碼方法，其特徵在於在(2)中所述的從橫向一階差分矩陣毛ΧΛ和縱向一階差分矩陣υ…中生成混合一階差分矩陣和混合一階差分矩陣子塊的狀態二值碼流隊具體如下對橫向一階差分矩陣毛ΧΛ和縱向一階差分矩陣Y—按4X4大小的子塊劃分，分別計算相同位置兩差分矩陣子塊元素絕對值之和，取絕對值之和最小的子塊對應的各個元素置入混合一階差分矩陣相同位置子塊處，生成一階混合差分矩陣^;x^Ctj^IM， +3 /+3對橫向一階差分矩陣毛ΧΛ和縱向一階差分矩陣相同位置子塊，記\ =ΣΣΙχ-Ι'a=a" ν=/i+3 j+3巧=111)^1, ^ <R，則將橫向一階差分矩陣毛子塊數據置入混合一階差分矩陣u=i ν= j·^K 丨相同位置子塊處，此時子塊的狀態標記為0 ；若^ ，則將縱向一階差分矩陣ι;Χ/3子塊數據置入混合一階差分矩陣相同位置子塊處，此時子塊的狀態標記為1，將子塊的狀態標記0或1依次置入子塊的狀態二值碼流々中。
3.如權利要求1所述的一種圖像數據無損壓縮的編碼方法，其特徵在於在(4)中所述的統計非負混合一階差分矩陣乙ΧΛ中各元素出現的個數，生成元素個數統計數組兒具體如下統計非負混合一階差分矩陣乙中各元素出現的個數，按元素出現次數的大小置入元素個數統計數組J=Wj1，…，/O中，其中/7。彡&彡…彡&，/7。J1，…，化分別對應非負混合一階差分矩陣乙Xfl=(Iuo7I)i^中元素值 ， ，馬，…，出現的個數， 0彡e彡255，其中I ￠= ! ， 而，…，義}，表示非負混合一階差分矩陣乙中任一點元素值1炒"1僅在集合I如h，a2，…，ae}中取值。
4.如權利要求1所述的一種圖像數據無損壓縮的編碼方法，其特徵在於在(5)中所述的從元素個數統計數組J中生成元素映射數組Ts,依元素映射數組Ts對非負混合一階差分矩陣乙X/3各元素重新分配數值，具體如下依次將元素個數統計數組4=(/^/^…，Tii,…，ne、中巧所對應的非負一階混合差分矩陣乙中元素&，置入元素映射數組A中，生成元素映射數組&=( ， ，...』 』…』 ae), 逐行提取非負混合一階差分矩陣乙ΧΛ各元素Ιχλ.,.Ι，I^7I為非負混合一階差分矩陣乙中第i行第J·列元素，如果，一階非負混合差分矩陣乙ΧΛ中第i行第J·列元素值 Xyi7I置為左，其中 是映射數組G=(a。，ai，a2，…，ae)中的第左+1個元素，0彡左彡e。
5.如權利要求1所述的一種圖像數據無損壓縮的編碼方法，其特徵在於在步驟(6)中所述的對步驟(4)所得元素個數統計數組J分別進行g=0, 1，2，3，4次數據合併，建立5組統計數組禮，4，為，Λ，Α和對應的5組組號數組/^，Λ，廠2，巧，廠4，具體如下為論述方便，假定e=255，則 0次合併統計數組^1M= (^，巧，…，/ 255)； 0次合併組號數組/^=(0，1，2，…，255)；1 次合併統計數組A= (/ 。+/ 」 n2+n3-, n25i+n255)= (4,ηΙ...Μτ )； 丄次合併組號數組/^⑴，丨^，…，口 )； 2次合併統計數組為=(/7。+/^+ η執,··· 2次合併組號數組巧=(0，1，2，…，63)； 3次合併統計數組式=(/^+/^+…切7，…， 3次合併組號數組巧=(0，1，2，…，31)； 4次合併統計數組A=(^c)+A+…切15，… 4次合併組號數組廠4=(0，1，2，...，15)， 其中，^為步驟(4)所述元素個數統計數組，組號數組&中元素&經左+1次合併後對應到組號數組/。中元素round[ai/2]，round為取整函數，0彡*彡3。
6 .如權利要求1所述的一種圖像數據無損壓縮的編碼方法，其特徵在於在上述步驟 (7)中所述的依次對5組統計數組^d1，為，義乂4和5組組號數組/^，Λ，6，A，A，統計編碼截斷階數P分別為1，2，3，…，32階下的編碼比特數，選取編碼比特數最小時的合併次數& 和編碼截斷階數&，具體如下編碼截斷階數P為可用1元即時二進位碼0，10，110，…，1L··· 10，分別表示元素 0，1，2，…，/7-1，其中，11··· 10由/7-1個1和1個0組成，大於/7-1的元素的二進位碼，由/7 個1的二進位碼組成其前綴，由力位二進位碼組成其後綴，其中參數力由公式(6)確定，，η252+η252,+ η25Α+1 255) = ￠^0' 2'-' 『 ftSi)； , 248切249+...切255) = ( 0 > ^ · · ■ - 31)； ， 240+ 241 + - · + 255) = (.4fiIi)；如果編碼截斷階數為P，合併次數為q，對圖像矩陣Dn^n編碼佔用的比特數G為 o=4 +24 +^..+ P4-i +(p+b)(4+4^+'''+^+^xmxn+Bo(n)+Βι (β)+為(X)(5)其中，BM為步驟(2)所述子塊的狀態二值碼流々佔用比特數維為步驟(3)所述混合一階差分矩陣元素的符號二值碼流S佔用比特數.MO為步驟(5)所述元素映射數組7；佔用比特數，對應的組號元素為JiL ,參數力按如下公式確定
7..如權利要求1所述的一種圖像數據無損壓縮的編碼方法，其特徵在於在上述步驟 (8)所述的逐行提取非負混合一階差分矩陣乙X/3元素，依次放入數組中，依步驟(7)選取的2個參數，即合併次數&和編碼截斷階數&，對數組A中各元素進行合併與編碼，生成一次壓縮編碼二值碼流T1,具體如下逐行提取矩陣Zmxn= (|χΛ·, I U元素，依次放入數組萬中，E的表達式為 E=(\xyn\, \xy12\, ···, Uy^, I^2J, I^22I, 丨炒」，…，\xy ml\, I^ffl2I, ···,丨)』按步驟(7)所選合併次數義，對數組中各元素整除,商置入數組,餘數置入數組&，\中各餘數的二進位表示位數為&位，對數組&f中各元素進行編碼，小於&的
8.如權利要求1所述的一種圖像數據無損壓縮的編碼方法，其特徵在於在上述步驟(9)中所述的統計一次壓縮編碼二值碼流Ti中連續0和連續1的長度，得到一次壓縮編碼二值碼流Ti的長度分布數組Z，具體如下統計步驟(8) —次壓縮編碼二值碼流Ti中0段和1段的長度，得到長度分布數組 L~ (-/^j J2^ …，八)ο
9.如權利要求1所述的一種圖像數據無損壓縮的編碼方法，其特徵在於在上述步驟(10)中所述的用長度分布數組Z的長度商數組。和餘數二值碼流/P表示長度分布數組Z， 實現二次編碼壓縮，生成二次編碼二值碼流r2，具體如下對長度分布數組^= (Λ，Λ，…，厶)中各元素按公式(7)計算，得到長度商數組。和餘數二值碼流/ ，其中ground((7^1)/2, (72+l)/2,…，(7,+1)/2)(7)round表示取整函數，餘數置入餘數二值碼流TP=(力工，力2，…，bn…，br、中，其中，當 (Λ+1)/2為偶數時，力,.為0，當(Λ+1)/2為奇數時，、為1，長度商數組Q中元素為1時，編碼為0或1，如果該原始長度由0組成，則編碼為0，如果該原始長度由1組成，則編碼為1 ；為2時，編碼為00或11，如果該原始長度由0組成，則編碼為00，如果該原始長度由1組成，則編碼為11 ；以此類推，如某二值碼流串0111111000111111111111，其長度分布數組Z=(l，6，3，12)，長度商數組0編碼為 011100111111，餘數二值碼流為 0101，將長度商數組Q的二進位編碼與餘數二值碼流組合後，生成二次編碼二值碼流τ2。
全文摘要
本發明公開了一種圖像數據無損壓縮的編碼方法，它主要包括從圖像矩陣中提取一階混合差分矩陣；依一階混合差分矩陣元素的統計分布，確定合併次數與編碼截斷階數；根據合併次數與編碼截斷階數對一階混合差分矩陣元素進行一次編碼，實現一次壓縮；對一次壓縮編碼二值碼流進行二次編碼，實現二次編碼壓縮。該方法能根據圖像數據的統計特徵選取壓縮量最大情形下所對應的數據合併次數q與編碼截斷階數p，依所選合併次數和編碼截斷階數構造一種即時編碼，靈活性強，算法簡單，易於實現，編碼效率高；該方法的一次壓縮編碼表的構成簡單；該方法的編碼前綴及編碼後綴結構統一，解碼過程無需匹配，解碼效率高。
文檔編號H04N7/26GK102547295SQ20121004070
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月22日 優先權日2012年2月22日
發明者劉萬, 宋奧, 王忠元, 饒珺, 高健 申請人:上海大學