[發明專利]一種面向圖像壓縮的小波基分類構造方法

有效

• 申請號: 200710099577.2
• 申請日: 2007-05-24
• 公開（公告）號: CN101068358A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發明（設計）人: 李波;焦潤海;楊蕤
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;G06T9/00;H03M7/30
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳曦

技術領域

本發明涉及一種面向圖像壓縮的小波基分類構造方法，尤其涉及一種在圖像壓縮的過程中，根據輸入圖像的種類選擇出適合其壓縮的小波基的方法，屬于圖像壓縮技術領域。

背景技術

小波(wavelet)是一種具有有限間隔且平均值為0的函數。利用小波實現的小波變換與DCT(Discrete?Cosine?Transform，離散余弦變換)相比，具有更好的能量集中性和時頻特性，因此在過去的十幾年里得到了廣泛的應用。尤其是在圖像壓縮領域，基于小波變換的圖像壓縮方法取得了重大的技術進展，涌現了諸多壓縮性能優秀的編、解碼算法如EBCOT和SPIHT，其中EBCOT已被靜態圖像壓縮標準JPEG2000選作核心的編、解碼實施方案。目前，基于小波變換的圖像壓縮技術的研究可分為兩個方向：第一個方向是研究怎樣使小波基具有更好的變換特性，這里的小波基是指一系列正交的小波函數；第二個方向是研究怎樣對小波域系數進行有效的編碼。由于編碼方法的壓縮性能在很大程度上取決于小波變換的性能，因此對小波基變換特性的研究在近幾年得到更多的關注。

自從Meyer構造出第一個非Haar正交小波以來，人們提出了許多構造小波基的方法。其中，Daubechies等[A.Cohen?et?al，1992]提出了一套基于鏡像濾波器組構造緊支撐正交和雙正交小波的方法，并給出正則性和衰減條件，這大大促進了小波基構造研究的進展，人們相繼提出了更多的基于濾波器組的小波基構造方法。在現有的小波基中，雙正交小波克服了正交小波存在的對稱性問題，更適合圖像壓縮應用的需要。其中，JPEG2000分別選用LeGall-5/3雙正交小波基和DB9/7雙正交小波基作為無損和有損壓縮的濾波器組[M.W.Marcellin?et?al，2000，D.LeGall?andA.Tabatabai，1988]。

圖像壓縮中二維離散小波變換(DWT)相當于一個子帶濾波器，對于一幅圖像進行一次小波變換后得到第一級的四個頻帶LL₁、LH₁、HL₁和HH₁，依次對各級的低頻LL_k進行分解得到更粗一級的四個頻帶，即小波的塔式分解。圖像經過小波變換后，低頻部分集中了圖像大部分的能量，其余部分的能量分散在沿水平、垂直和對角的高頻子帶。由于不同的圖像其紋理復雜程度不同，其低頻能量聚集性和高頻能量分布存在差異。例如通常來說，人物圖像紋理相對簡單，低頻能量聚集性好；遙感圖像細節豐富，所含高頻成分多。基于小波變換的圖像壓縮正是通過編碼重要的低頻數據，而丟棄大部分不重要的高頻數據，使得在較低的位率下仍然能夠取得良好的恢復圖像質量。目前，雖然已經提出了多種小波構造方法和小波類型，但這些方法在構造時主要從數學性質方面考慮，沒有充分考慮圖像本身的特點及壓縮應用的需求。同時，現有的成熟編、解碼算法如EBCOT往往對普通的影視或者人物圖像能夠取得很好的壓縮效果，但對于紋理復雜的遙感圖像，在高倍壓縮時圖像質量損失明顯，因此需要根據不同圖像的特點，構造最適合其壓縮應用的小波基，以實現性能更好的壓縮方法。目前，現有技術在這方面仍然存在明顯的缺陷。

發明內容

本發明的目的在于提出一種面向圖像壓縮的小波基分類構造方法。該方法首先對圖像進行分類，針對每類圖像構造最優能量集中的小波基，在壓縮過程中，根據輸入圖像的分類選擇出最優小波基執行壓縮操作。

為實現上述的發明目的，本發明采用下述的技術方案：

一種面向圖像壓縮的小波基分類構造方法，首先建立小波基構造模型，并設計相應的小波基優化求解算法，其特征在于還包括如下步驟：

(1)對圖像進行分類：選取典型的圖像，通過統計分析確定圖像分類準則和圖像分類閾值以實現圖像分類；

(2)離線建立小波基庫：對每類圖像，采用所述小波基構造模型和優化求解算法，選擇出平均意義最優的小波基，建立小波基庫；

(3)選擇適合圖像壓縮的最優小波基：根據輸入圖像的分類，從建立的小波基庫中選擇適合該類圖像的小波基。

其中，在建立小波基構造模型的過程中，以能量集中性為指標，構造能量主要集中在低頻和中低頻的小波基。

所述小波基優化求解算法為運用遺傳算法處理具有第一參變量和第二參變量，以小波變換的最優能量集中為目標函數的二變量的優化問題。