[發(fā)明專(zhuān)利]貝爾模板圖像編碼與解碼方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810080232.7
• 申請(qǐng)日: 2008-12-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101442673A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程永強(qiáng);賈新澤;續(xù)欣瑩;趙江
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04N7/26
• 分類(lèi)號(hào): H04N7/26;H04N1/64;H04N11/02
• 代理公司: 山西太原科衛(wèi)專(zhuān)利事務(wù)所
• 代理人: 朱 源

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)字圖像處理技術(shù)，特別是數(shù)字圖像壓縮技術(shù)，具體為貝爾模板圖像編碼與解碼方法。

背景技術(shù)

隨著具有類(lèi)似貝爾彩色濾波陣列(簡(jiǎn)稱(chēng)貝爾模板)的圖像傳感器在數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)中的廣泛應(yīng)用，為了提高數(shù)字圖像的存儲(chǔ)與傳輸效率，圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)越來(lái)越顯得重要。

在傳統(tǒng)的數(shù)碼攝像產(chǎn)品中，先對(duì)具有類(lèi)似貝爾模板格式的數(shù)字圖像(簡(jiǎn)稱(chēng)貝爾模板圖像)進(jìn)行插值處理來(lái)估計(jì)每個(gè)像素位置上缺失的另外兩個(gè)顏色值，從而獲得全彩色圖像數(shù)據(jù)，然后采用基于小波變換的JPEG2000或JPEG國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)插值后的全彩數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。顯然這種傳統(tǒng)的方法在插值過(guò)程中又產(chǎn)生了新的數(shù)據(jù)冗余，從而降低了壓縮效率。近年來(lái)，直接壓縮原始貝爾模板圖像數(shù)據(jù)成為一個(gè)新的研究方向，產(chǎn)生了許多優(yōu)秀的無(wú)損或有損壓縮方法。與傳統(tǒng)的壓縮方法相比，直接壓縮貝爾模板圖像的優(yōu)勢(shì)在于：數(shù)碼相機(jī)或攝像機(jī)的處理器不用執(zhí)行插值算法，大大地降低了計(jì)算負(fù)荷，同時(shí)由于貝爾模板圖像數(shù)據(jù)量?jī)H為全彩圖像的三分之一，有利于提高編碼效率。貝爾模板圖像解碼及插值重構(gòu)全彩圖像可以在PC機(jī)上離線(xiàn)完成。

目前，貝爾模板圖像無(wú)損壓縮算法提供的壓縮比很低，不能滿(mǎn)足許多實(shí)際應(yīng)用需求。為了提高壓縮比，產(chǎn)生了基于JPEG2000等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的多種有損壓縮算法，這些算法存在的缺點(diǎn)是復(fù)雜度高，解壓縮后的貝爾模板圖像中各分量均產(chǎn)生失真且失真度較高，從而導(dǎo)致了即使在較低的壓縮率時(shí)，采用優(yōu)秀的插值算法也難以重構(gòu)出令人滿(mǎn)意的全彩圖像。總之，這些算法難以在壓縮比、重構(gòu)彩色圖像質(zhì)量和復(fù)雜度之間取得很好的平衡。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有直接壓縮原始貝爾模板圖像數(shù)據(jù)的方法難以在壓縮比、重構(gòu)彩色圖像質(zhì)量和復(fù)雜度之間取得很好的平衡的問(wèn)題，提供一種貝爾模板圖像編碼與解碼方法。該方法實(shí)現(xiàn)貝爾模板圖像有損壓縮和解壓縮。該方法在獲得較高壓縮比的同時(shí)，保證重構(gòu)彩色圖像質(zhì)量更加接近基于無(wú)損編解碼的貝爾模板圖像重構(gòu)的彩色圖像質(zhì)量，且兼顧算法的低復(fù)雜度。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：貝爾模板圖像編碼與解碼方法，包括編碼和解碼過(guò)程，編碼過(guò)程包括如下步驟：1、分離貝爾模板圖像中紅綠藍(lán)分量，并把分離出的紅色、藍(lán)色分量變成緊湊矩形圖像，綠分量保持為梅花狀圖像；2、無(wú)損壓縮綠色分量數(shù)據(jù)，第一步：采用因果插值的方法估計(jì)除綠色梅花狀圖像的前兩行、前兩列外的每個(gè)當(dāng)前待編碼原始綠色像素左側(cè)和上方像素位置缺失的綠色像素值(一般的，綠色梅花狀圖像的前兩行，兩列作為編碼的緩沖，是不做處理的)，以滿(mǎn)足LOCO-I編碼器預(yù)測(cè)器和上下文建模的需求，每個(gè)當(dāng)前待編碼原始綠色像素左側(cè)像素位置的綠色像素估計(jì)值等于該像素位置左側(cè)和上方的原始綠色像素值的平均值，每個(gè)當(dāng)前待編碼原始綠色像素上方像素位置的綠色像素估計(jì)值等于該像素位置的左側(cè)和右側(cè)的原始綠色像素值的平均值與該像素位置的上方的原始綠色像素值相加再除以2，其中編碼進(jìn)行到綠色梅花狀圖像每行末端時(shí)，當(dāng)前待編碼原始綠色像素上方像素位置的綠色像素估計(jì)值等于該像素位置的左側(cè)和上方的原始綠色像素值的平均值(顯然，該方法采用真實(shí)的原始綠色像素值來(lái)插值估計(jì)缺失的綠色像素值，滿(mǎn)足LOCO-I編碼器的光柵順序編碼要求，有效地降低了綠色通道編碼復(fù)雜度)；第二步：應(yīng)用LOCO-I編碼器對(duì)每個(gè)原始綠色像素編碼(即僅對(duì)貝爾模板圖像中原始綠色像素編碼，估計(jì)的綠色值并不被編碼)；3、采用梯度插值法(梯度插值法為現(xiàn)有技術(shù))估計(jì)貝爾模板圖像中原始紅色、藍(lán)色像素位置缺失的綠色像素值，并把原始紅色、藍(lán)色像素位置上估計(jì)的綠色像素分離出來(lái)，變成與步驟1中的紅色、藍(lán)色緊湊矩形圖像對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像；4、對(duì)步驟1和步驟3中獲得的紅藍(lán)緊湊矩形圖像及其對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像分別進(jìn)行小波變換；5、小波變換后，紅藍(lán)緊湊矩形圖像低頻子帶與其對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像低頻子帶相減，得到紅-綠低頻子帶色差和藍(lán)-綠低頻子帶色差；6、應(yīng)用LOCO-I編碼器對(duì)紅-綠低頻子帶色差和藍(lán)-綠低頻子帶色差進(jìn)行近無(wú)損或無(wú)損編碼；7、把步驟2和步驟6獲得的原始綠色分量編碼后得到的碼流和紅藍(lán)低頻子帶色差編碼后得到的碼流復(fù)合形成完整的貝爾模板圖像壓縮碼流，而完成編碼過(guò)程；解碼過(guò)程包括如下步驟：1、從復(fù)合碼流中取得貝爾模板圖像綠色分量碼流，應(yīng)用LOCO-I解碼器獲得原始綠色像素值，并按照梅花狀圖像排列；在解碼每個(gè)原始綠色像素前，需要采用因果插值法獲得當(dāng)前待編碼原始綠色像素左側(cè)及上方位置的綠色像素估計(jì)值，這與編碼過(guò)程中的步驟2中的因果插值法是一樣的；2、采用梯度插值法估計(jì)原始紅色、藍(lán)色像素位置缺失的綠色像素值，并把原始紅色、藍(lán)色像素位置上估計(jì)的綠色像素分離出來(lái)，分別變成與紅藍(lán)分量對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像，這與編碼過(guò)程中的步驟3相同；3、對(duì)紅藍(lán)分量對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像進(jìn)行小波變換，分別得到四個(gè)子帶；4、從復(fù)合碼流中取得紅-綠、藍(lán)-綠低頻子帶色差碼流，應(yīng)用LOCO-I解碼器得到紅-綠、藍(lán)-綠低頻子帶色差信號(hào)；5、解碼貝爾模板圖像中的紅、藍(lán)分量數(shù)據(jù)，解碼紅分量數(shù)據(jù)的過(guò)程如下：第一步：將步驟4得到的紅-綠低頻子帶色差信號(hào)與步驟3得到的對(duì)應(yīng)綠色緊湊矩形圖像的低頻子帶相減，得到紅分量的低頻子帶，第二步：把步驟3得到對(duì)應(yīng)紅分量的綠色緊湊矩形圖像的高頻子帶視為紅分量的高頻子帶，第三步：至此已得到紅分量的四個(gè)小波子帶，經(jīng)小波逆變換恢復(fù)出紅色緊湊矩形圖像；與解碼紅分量數(shù)據(jù)的過(guò)程一樣，可同時(shí)解碼藍(lán)分量而恢復(fù)出藍(lán)色緊湊矩形圖像；6、在步驟1得到的原始梅花狀綠色分量圖像的基礎(chǔ)上，按照編碼前原始紅藍(lán)像素在貝爾模板圖像中的位置，排列解碼后的紅藍(lán)緊湊矩形圖像中的每個(gè)像素，恢復(fù)成貝爾模板圖像。