一种基于空域下采样模式的高效图像压缩方法

摘要

本发明提供了一种基于空域下采样技术的图像压缩方法，它是通过对于内部比较平滑的图像宏块，采用基于空域下采样的方法进行编码，再利用插值技术进行重建，在保证编码保真度的前提下，大幅度降低编码码率；同时，对于内部纹理比较复杂的图像宏块，采用传统的基于JPEG图像压缩标准的编码方法保证对图像宏块的高效编码。传统的图像压缩方法忽略图像内部不同区域间特征的不同，因此无法有效去除像素点间的相关性，造成整体编码效率低下。本发明对具有不同特征的图像宏块有区分地实施不同的编码策略，实现对整个图像的高效编码。

主权项

一种基于空域下采样技术的图像压缩方法，其特征是它包括以下步骤：步骤1，图像的预处理将大小为W×H的图像,按照传统的JPEG图像压缩标准中图像分块的方法划分为N＝(W×H)/16²个互不重叠的，大小为16×16的正方形图像块，记为B₁，B₂，…，B_i，…，B_N，这里，W代表图像的宽度，H代表图像的高度，N代表图像划分后图像块的总个数，i代表图像块的索引，i∈{1，2，…，N}；步骤2，图像块的下采样首先，定义大小为8×8的下采样图像块为B'_i；这里，i代表图像块的索引，i∈{1，2，…，N}，N代表步骤1中图像划分后图像块的总个数；接着，用步骤1中产生的图像块B_i的第1列中位于奇数行的8个元素按照从上到下的顺序生成B'_i的第1列；用B_i的第3列中位于奇数行的8个元素按照从上到下的顺序生成B'_i的第2列；用B_i的第5列中位于奇数行的8个元素按照从上到下的顺序生成B'_i的第3列；用B_i的第7列中位于奇数行的8个元素按照从上到下的顺序生成B'_i的第4列；用B_i的第9列中位于奇数行的8个元素按照从上到下的顺序生成B'_i的第5列；用B_i的第11列中位于奇数行的8个元素按照从上到下的顺序生成B'_i的第6列；用B_i的第13列中位于奇数行的8个元素按照从上到下的顺序生成B'_i的第7列；用B_i的第15列中位于奇数行的8个元素按照从上到下的顺序生成B'_i的第8列，即$B_i^{\prime }=\left[\begin{array}{cccc}{\beta }_{\mathrm{1,1}}^{\prime }& {\beta }_{1.2}^{\prime }& ···& {\beta }_{1,n}^{\prime }\\ {\beta }_{\mathrm{2,1}}^{\prime }& {\beta }_{\mathrm{2,2}}^{\prime }& ···& {\beta }_{2,n}^{\prime }\\ ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·\\ {\beta }_{m,1}^{\prime }& {\beta }_{m,2}^{\prime }& ···& {\beta }_{m,n}^{\prime }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{\beta }_{\mathrm{1,1}}& {\beta }_{\mathrm{1,3}}& ···& {\beta }_{\mathrm{1,15}}\\ {\beta }_{\mathrm{3,1}}& {\beta }_{\mathrm{3,3}}& ···& {\beta }_{\mathrm{3,15}}\\ ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·\\ {\beta }_{\mathrm{15,1}}& {\beta }_{\mathrm{15,3}}& ···& {\beta }_{u,v}\end{array}\right];$这里，β'_m,n是B'_i中的元素，m代表B'_i内元素的横坐标，n代表B'_i内元素的纵坐标，m和n是自然数，1≤m≤8，1≤n≤8；β_u,v是B_i中的元素，u代表图像块B_i内元素的横坐标，v代表图像块B_i内元素的纵坐标，u和v同时为奇数，1≤u≤16，1≤v≤16；i代表图像块的索引，i∈{1，2，…，N}，N代表步骤1中图像划分后图像块的总个数；步骤3，下采样图像块的编码和解码对步骤2得到的图像块B'_i使用传统的JPEG图像压缩标准中的编码方法进行编码，得到编码后的图像块，记为这里，是中的元素，m代表内元素的横坐标，n代表内元素的纵坐标，m和n是自然数，1≤m1≤8，1≤n1≤8；接着，对图像块B'_i使用传统的JPEG图像压缩标准中计算编码比特数的方法计算编码比特数，记为最后，对图像块使用传统的JPEG图像压缩标准中的解码方法进行解码，得到解码后的图像块，记为即这里，是中的元素，m代表内元素的横坐标，n代表内元素的纵坐标，m和n是自然数，1≤m≤8，1≤n≤8；i代表图像块的索引，i∈{1，2，…，N}，N代表步骤1中图像划分后图像块的总个数；步骤4，编码图像块的上采样首先，定义大小为16×16的上采样图像块为B″_i；这里，i代表图像块的索引，i∈{1，2，…，N}，N代表步骤1中图像划分后图像块的总个数；接着，用的第1列中的8个元素按照从上到下的顺序生成B″_i第1列中奇数行上的8个元素；用的第2列中的8个元素按照从上到下的顺序生成B″_i第3列中奇数行上的8个元素；用的第3列中的8个元素按照从上到下的顺序生成B″_i第5列中奇数行上的8个元素；用的第4列中的8个元素按照从上到下的顺序生成B″_i第7列中奇数行上的8个元素；用的第5列中的8个元素按照从上到下的顺序生成B″_i第9列中奇数行上的8个元素；用的第6列中的8个元素按照从上到下的顺序生成B″_i第11列中奇数行上的8个元素；用的第7列中的8个元素按照从上到下的顺序生成B″_i第13列中奇数行上的8个元素；用的第8列中的8个元素按照从上到下的顺序生成B″_i第15列中奇数行上的8个元素；然后，用传统的双三次插值方法对对B″_i中位于(u,v)位置上的像素点进行插值，得到插值后的像素矩阵，记为这里，u代表B″_i内像素点的横坐标，v代表B″_i内像素点的纵坐标，u和v是自然数，并且u和v不同时为奇数，1≤u≤16,1≤v≤16；是中的元素，m代表内元素的横坐标，n代表内元素的纵坐标，m和n是自然数，1≤m≤16，1≤n≤16；i代表图像块的索引，i∈{1，2，…，N}，N代表步骤1中图像划分后图像块的总个数；步骤5，计算解码像素矩阵的均方误差用传统的计算均方误差的方法计算步骤4中得到的像素矩阵与步骤1中产生的图像块B_i之间的均方误差，记为这里，i代表图像块的索引，i∈{1，2，…，N}，N代表步骤1中图像划分后图像块的总个数；步骤6，用传统的编码方法编码原始图像块首先，将步骤1中所产生的大小为16×16的图像块B_i，按照传统的JPEG图像压缩标准中图像分块的方法分为4个互不重叠，大小为8×8的图像块，记为其中，这里，是中的元素，m1代表内元素的横坐标，n1代表内元素的纵坐标，m1和n1是自然数，1≤m1≤8，1≤n1≤8；是中的元素，m2代表内元素的横坐标，n2代表内元素的纵坐标，m2和n2是自然数，1≤m2≤8，1≤n2≤8；是中的元素，m3代表内元素的横坐标，n3代表内元素的纵坐标，m3和n3是自然数，1≤m3≤8，1≤n3≤8；是中的元素，m4代表内元素的横坐标，n4代表内元素的纵坐标，m4和n4是自然数，1≤m4≤8，1≤n4≤8；i代表图像块的索引，i∈{1，2，…，N}，N代表步骤1中图像划分后图像块的总个数；其次，对图像块使用传统的JPEG图像压缩标准中的编码方法进行编码，得到编码后的图像块，记为这里，是中的元素，m1代表内元素的横坐标，n1代表内元素的纵坐标，m1和n1是自然数，1≤m1≤8，1≤n1≤8；对图像块使用传统的JPEG图像压缩标准中计算编码比特数的方法计算编码比特数，记为对图像块使用传统的JPEG图像压缩标准中的编码方法进行编码，得到编码后的图像块，记为这里，是中的元素，m2代表内元素的横坐标，n2代表内元素的纵坐标，m2和n2是自然数，1≤m2≤8，1≤n2≤8；对图像块使用传统的JPEG图像压缩标准中计算编码比特数的方法计算编码比特数，记为对图像块使用传统的JPEG图像压缩标准中的编码方法进行编码，得到编码后的图像块，记为这里，是中的元素，m3代表内元素的横坐标，n3代表内元素的纵坐标，m3和n3是自然数，1≤m3≤8，1≤n3≤8；对图像块使用传统的JPEG图像压缩标准中计算编码比特数的方法计算编码比特数，记为对图像块使用传统的JPEG图像压缩标准中的编码方法进行编码，得到编码后的图像块，记为这里，是中的元素，m4代表内元素的横坐标，n4代表内元素的纵坐标，m4和n4是自然数，1≤m4≤8，1≤n4≤8；对图像块使用传统的JPEG图像压缩标准中计算编码比特数的方法计算编码比特数，记为将相加得到图像块B_i的编码比特数，记为这里，i代表图像块的索引，i∈{1，2，…，N}，N代表步骤1中图像划分后图像块的总个数；接着，对图像块使用传统的JPEG图像压缩标准中的解码方法进行解码，得到解码后的图像块，记为这里，是中的元素，p1代表内元素的横坐标，q1代表内元素的纵坐标，p1和q1是自然数，1≤p1≤8，1≤q1≤8；对图像块使用传统的JPEG图像压缩标准中的解码方法进行解码，得到解码后的图像块，记为这里，是中的元素，p2代表内元素的横坐标，q2代表内元素的纵坐标，p2和q2是自然数，1≤p2≤8，1≤q2≤8；对图像块使用传统的JPEG图像压缩标准中的解码方法进行解码，得到解码后的图像块，记为这里，是中的元素，p3代表内元素的横坐标，q3代表内元素的纵坐标，p3和q3是自然数，1≤p3≤8，1≤q3≤8；对图像块使用传统的JPEG图像压缩标准中的解码方法进行解码，得到解码后的图像块，记为这里，是中的元素，p4代表内元素的横坐标，q4代表内元素的纵坐标，p4和q4是自然数,1≤p4≤8，1≤q4≤8；其中，i代表图像块的索引，i∈{1，2，…，N}，N代表步骤1中图像划分后图像块的总个数；然后，将图像块按照从上到下，从左到右的顺序，组成一个大小为16×16的图像块，记为b"_i,这里，这里，是b"_i中的元素，m代表b"_i内元素的横坐标，n代表b"_i内元素的纵坐标，m和n是自然数，1≤m≤16，1≤n≤16；i代表图像块的索引，i∈{1，2，…，N}，N代表步骤1中图像划分后图像块的总个数；最后，用传统的计算均方误差的方法计算图像块b"_i与步骤1中产生的图像块B_i之间的均方误差，记为这里，i代表图像块的索引，i∈{1，2，…，N}，N代表步骤1中图像划分后图像块的总个数；步骤7，最优编码和解码模式的选择首先，对步骤1产生的图像块B_i，用步骤3得到的比特数和步骤5得到均方误差相乘，将相乘的结果记为用步骤6得到的比特数和均方误差相乘，将相乘的结果记为比较和的大小，如果那么选择步骤2～步骤4的编码和解码方法对步骤1中产生的图像块B_i进行编码和解码；如果那么选择步骤6的编码和解码方法对步骤1中产生的图像块B_i进行编码和解码。将解码后得到图像块，记为b_i,即这里，α_m,n是b_i中的元素，m代表b_i内元素的横坐标，n代表b_i内元素的纵坐标，m和n是自然数，1≤m≤16，1≤n≤16；i代表图像块的索引，i∈{1，2，…，N}，N代表步骤1中图像划分后图像块的总个数；然后，将对图像块B_i进行编码后得到的编码比特数记为Bit_i，如果如果这里，i代表图像块的索引，i∈{1，2，…，N}，N代表步骤1中图像划分后图像块的总个数；步骤8，重建图像对于步骤7中产生的重建图像块b_i，采用传统的JPEG图像压缩标准中图像块合成图像的方法，产生重建图像，记为这里，i代表图像块的索引，i∈{1，2，…，N}，N代表步骤1中图像划分后图像块的总个数。