[發(fā)明專利]一種分形圖像編碼方法

有效

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• 申請日: 2010-12-24
• 公開（公告）號: CN102547261A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設計）人: 趙瑩
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;G06T9/00
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 刁文魁;翟羽

技術領域

本發(fā)明是關于數(shù)字圖像壓縮領域，特別涉及一種基于簡單圖像子塊的快速分形圖像編碼實現(xiàn)方法，能直接應用于二維靜態(tài)圖像的壓縮，尤其是對自然圖像等自相似性高的圖像。

背景技術

在過去的幾十年中，計算機的存儲容量隨著應用程序的膨脹而迅速增加。隨著存儲技術的發(fā)展，每單位面積存儲介質可存儲的數(shù)據(jù)也呈幾何級上升，而每兆字節(jié)的價格從幾百美元急劇下跌到幾美分。但隨著多媒體、遙感、圖像處理及應用等技術的發(fā)展，所需存儲與處理的視頻圖像，聲音等數(shù)據(jù)越來越多。如果要存儲大型視頻與圖形文件，則需要的存儲量是驚人的。根據(jù)計算，一小時的數(shù)字視頻文件要占2.2G字節(jié)的存儲空間，是一個小時的數(shù)字文件的兩百萬倍。如此大的數(shù)據(jù)量，不經過壓縮而存儲在實際應用中是很難做到的。而在數(shù)據(jù)在傳輸中，使圖像，圖像，聲音，動畫等多媒體信息時，特別是有較高的質量要求時，不僅需要占用相當大的存儲空間，而且需要相當高的數(shù)據(jù)傳輸率。

由此可見，壓縮編碼技術的研究顯得特別有意義，也正是由于壓縮編碼技術及傳輸技術的不斷發(fā)展、更新，推動了現(xiàn)代多媒體技術應用的迅速發(fā)展，這項技術將會是正在建設的數(shù)字信息化社會所依賴的主要技術基礎之一。

目前最流行的有損壓縮標準主要是國際標準化組織和國際電信聯(lián)盟制定的國際標準，包括JPEG、JPEG2000、H.26X系列以及MPEG系列。其中JPEG、JPEG2000是靜態(tài)圖像壓縮標準，H.26X系列以及MPEG系列是運動圖像壓縮標準。JPEG的核心算法采用DCT(離散余弦變換)，其壓縮原理是：對圖像數(shù)據(jù)進行8×8分塊，然后進行DCT變換，獲得8×8變換域的系數(shù)，由于大系數(shù)值較為集中在圖像的低頻區(qū)域，而高頻區(qū)的系數(shù)值小，因此可以忽略某些高頻系數(shù)，使圖像數(shù)據(jù)得以壓縮。而JPEG2000采用了對圖像進行不同分辨率金字塔形的存貯。通過圖像進行“小波變換”(Wavelets?Transformation)，可以避免原來JPEG的分塊邊界效應，同時借助小波變換的優(yōu)良特性，使圖像可以根據(jù)需要恢復成不同的分辨率和數(shù)據(jù)量，其細節(jié)保真程度明顯優(yōu)于同等壓縮率的JPEG圖像。

目前的圖像壓縮軟件的核心一般是基于DCT或者小波變換的，由于這些算法的自身局限性，采用這些算法開發(fā)的壓縮軟件普遍存在著壓縮比率、圖像質量等不夠理想或者在兩者不能同時兼顧的問題。

因而在新的條件、新的環(huán)境下采用新的理論體系，研究一種新的圖像壓縮方法，使得經該系統(tǒng)壓縮的數(shù)字圖像能夠在很窄的帶寬中快速、流暢地進行傳遞，就顯得非常有必要。

上述傳統(tǒng)圖像壓縮軟件的核心一般是是以數(shù)學中的調和分析(HarmonicAnalysis)為基礎，從數(shù)字信號處理的角度出發(fā)，通過不同的基函數(shù)的線性組合形式來描述信號。比如JPEG方法是利用DCT變換，而JPEG2000則采用離散小波變換作為其基本單元。

然而自然圖像所伸展的空間與以上小波分析中假定的函數(shù)空間相去甚遠，故此小波分析等不是一個表達自然圖像的理想工具。不僅如此，隨著圖像技術的廣泛應用，特別是通信的實時性對圖像壓縮比的要求較高，傳統(tǒng)壓縮算法普遍存在著壓縮比率、圖像質量等不夠理想或者在兩者不能同時兼顧的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種分形圖像編碼方法，能夠圖像壓縮質量和壓縮速度。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種分形圖像編碼方法，包括如下步驟：將原始圖像分割成多個互不重疊的大小相同的塊；根據(jù)所分割的塊的大小構成多成分基元塊字典；對每一個分割后的塊，在多成分基元字典中搜索最優(yōu)匹配塊。

現(xiàn)有技術中分形編碼速度慢的本質原因在于傳統(tǒng)分形編碼是對每一個值域R塊，在由定義域D塊及其仿射變換塊構成的匹配庫中搜索出最佳匹配塊D^*，并記錄參數(shù)的過程。由于匹配庫容量大，且搜索量大，因此分形編碼的時間十分耗時。每一個值域R塊的編碼時間復雜度為T＝O(Nd)，其中Nd是匹配庫所含元素的個數(shù)，往往非常巨大。

針對編碼速度問題，目前已有的改進工作可以歸納為以下兩類：

1、匹配庫分類

為了減少搜索區(qū)域，將匹配庫進行分類則是對這一想法的一種具體實現(xiàn)。根據(jù)定義域D塊自身的屬性(方差、均值等)，將所有定義域塊分成m個子類，滿足：Ω＝Ω₁∪Ω₂∪…Ω_m。其中Ω為所有D塊的總和。由于同一類中的圖像塊之間存在著較高的相似性，匹配時對每一個R塊，只在其對應類的相同類中搜索。類分得越精細，區(qū)域塊搜索的范圍越小。從而大大節(jié)約搜索時間的目的。