[發明專利]基于圖形處理器的條帶波變換圖像壓縮方法

有效

• 申請號: 201410160985.4
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN103905831B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 韓紅;陳建;洪漢梯;李楠;曹賽;史媛媛;劉三軍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04N19/63
• 分類號: H04N19/63;H04N19/645;H04N19/88;G06T9/40
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 田文英,王品華

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，更進一步涉及圖像壓縮技術領域中的一種基于圖形處理器的條帶波變換圖像壓縮方法。可用于醫學圖像處理、網絡圖像傳輸、移動多媒體等領域。

背景技術

圖像壓縮的目的是使用盡可能少的數據量對圖像進行表示。圖像壓縮技術在醫學圖像處理、高清晰度電視、衛星遙感等領域均有著廣泛的應用前景。圖樣本身包含大量的信息，但圖像本身含有大量的冗余信息，例如：圖像中相鄰像素間的相關性引起的空間冗余、編碼冗余、圖像中非常強的紋理結構而引起的結構冗余等，圖像壓縮就是去掉圖像的冗余信息，但如何有效地去除圖像的冗余信息仍需要提出新的研究方法，而且壓縮圖像需要很高的壓縮比和較快的計算速度。

中央處理器（CPU)的設計目標是使執行單元能夠以很低的延遲獲得數據和指令,因此,中央處理器具有復雜的控制邏輯和很強的分支預測能力,并使用大量的緩存來提高效率，由于功耗和設計難度的限制，CPU性能的提高遇到了瓶頸,多核成為處理器設計發展的方向，而采用眾核架構的圖形處理器（GPU）很適合執行需要大運算量、具有數據獨立性質的科學運算，圖形處理器很適合來加速圖像處理算法。

條帶波變換（Bandelet變換）是和小波變換類似的對圖像進行表示的方法，Bandelet變換的基本思想是對特定尺度上的高頻小波系數沿圖像幾何流方向再進行一維小波變換，以此獲得更少的非零系數和去除奇異點附近的小波系數間的相關性，故條帶波變換擁有比小波變換更好的圖像表示能力。

目前已經有各種圖像壓縮技術被提出，例如目前使用很廣泛的基于JPEG的圖像壓縮標準，JPEG圖像壓縮標準基于離散余弦變換，該方法有易于實現、用可變的壓縮比控制文件大小的優點，但是在較高的壓縮比下，重構圖像存在嚴重的塊效應，不能很好地適應網絡傳輸圖像的需要，而且不具有很多所需要的特性，例如：質量漸進、良好的低比特率壓縮性能等。

江蘇新瑞峰信息科技有限公司申請的專利“一種快速JPEG2000圖像壓縮系統”（專利申請號：CN201310375029，公開號：CN103414901A）中構建了以JPEG2000算法為基礎的圖像壓縮系統，該系統以離散小波變換技術為基礎，并使用了圖形處理器來加速算法，小波變換雖然可以很好的對規則圖形進行壓縮，且只有奇異點附近的小波系數是非零的，但是該系統仍然存在的不足是：小波只能撲捉點狀的奇異點，不能很好的處理線狀和面狀的奇異點。

中國礦業大學申請的專利“一種改進條帶波變換的圖像壓縮方法”（專利申請號：CN201310484868，公開號：CN103561275A）中公開了一種改進條帶波變換的圖像壓縮方法。該方法首先將圖像進行條帶波變換，然后使用嵌入式零樹小波編碼對條帶波系數進編碼以及解碼，最后實現圖像壓縮的效果，該方法具有圖像壓縮比和峰值信噪比高的特點，但是仍然存在的不足是：條帶波變換過程比較復雜，而且計算量很大。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術的不足，提出了一種基于圖形處理器的條帶波變換圖像壓縮方法，并采用具有眾核架構圖形處理器來加速算法。解決了算法速度慢的問題，并提高了壓縮圖像的峰值信噪比，并且解壓過程很容易實現。

本發明實現的具體步驟包括如下：

（1）輸入待壓縮圖像：

輸入待壓縮圖像，從輸入的待壓縮圖像中讀取數值矩陣，將數值矩陣從內存傳輸到顯存中。

（2)小波變換：

對數值矩陣進行二維哈爾小波變換，得到哈爾小波系數矩陣。

（3）Bandelet化：

（3a）將哈爾小波系數矩陣分解成邊長為8的小方塊,將小方塊內的系數加載到圖形處理器的共享存儲器中，對于每個小方塊，在（0，π)區間內，等間隔地抽取32個角度值作為幾何流的方向，用符號INF表示無幾何流方向；

（3b)采用投影值公式，計算每個小方塊內哈爾小波系數的坐標在抽取的32個幾何流方向上的正交投影值；

（3c）將正交投影值按從小到大排序，得到一個長為64的排序索引,對于無幾何流方向，排序索引為數字1～64；

（3d）將小方塊內的哈爾小波系數，按照排序索引進行重新排序，得到一個一維信號，對一維信號進行一維哈爾小波變換，得到小波變換后的一維信號，對小波變換后的一維信號進行量化處理，得到量化后的一維信號，對量化后的一維信號進行一維哈爾小波逆變換得到重構信號；

（3e）計算估計誤差，選擇使估計誤差最小的方向作為小方塊的最佳幾何流方向；