[發明專利]一種基于圖像塊相似性的圖像壓縮及解壓縮方法

有效

• 申請號: 201510536250.1
• 申請日: 2015-08-27
• 公開（公告）號: CN105163122B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 崔濤;周詮;黎軍;呼延烺;張怡;魏佳圓
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: H04N19/176
• 分類號: H04N19/176;H04N19/42
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 楊春穎

1.一種基于圖像塊相似性的圖像壓縮方法，其特征在于：包括步驟如下：

(1)設定原始圖像的像素為M×N，將原始圖像分塊為k個小塊圖像，分塊后的每個小塊圖像的像素為m×n，則得到的圖像塊個數k個小塊圖像分別表示為B₁，B₂，...B_k，其序列編號B依次為1，2，…，k；

(2)設定閾值T，在序列B₁，B₂，...B_k中，i從1開始，將B_i與B_i以外的圖像塊B_j逐一進行PSNR計算得到多個PSNR的值，將每個PSNR的值和閾值T相比較，該PSNR計算得到的值大于等于閾值T，則判定進行PSNR計算的這兩個圖像塊B_i與B_j相似，并記錄與B_i相似的圖像塊B_j的編號為b_i，B_i作為基準圖像塊，用B_i替換B_j；若PSNR計算得到的值小于閾值T，則判定進行PSNR計算的這兩個圖像塊B_i與B_j不相似，B_i和B_j不進行替換，更新序列B₁，B₂，...B_k，1≤i≤k,1≤j≤k；i≠j；

(3)當i≠k時,將i加1后，判斷此時B_i是否在步驟(2)更新后的序列中，若此時B_i在步驟(2)更新后的序列中，返回步驟(2)；若此時B_i不在步驟(2)更新后的序列中，則i的值再每次加1，直至B_i在步驟(2)更新后的序列中，返回步驟(2)，直至i＝k時，停止進行PSNR計算；

(4)若步驟(2)未找到與B_i相似的圖像塊B_j，則進行步驟如下：

(a)將步驟(2)中的閾值T與步驟(2)中得到的多個PSNR的值做差，將差值從小到大排列成一個序列，從序列的第p個差值開始，p從1開始，即從差值最小的進行PSNR計算的兩個圖像塊開始，將該差值對應的兩個圖像塊中的一個圖像塊作為基準圖像B_t，t的取值范圍為[1，k]，另一個圖像塊作為對比圖像塊，并統計這兩個圖像塊相差的最大像素值，將該最大像素值對應的對比圖像塊上該位置的像素值H_i利用基準圖像B_t同樣位置的像素值進行替代，然后再計算這兩個圖像塊的PSNR值，將該PSNR的值和閾值T相比較，若得到的PSNR值大于等于閾值T，則判定已經找到相似的圖像塊，并將這些像素值H_i即替換像素的最大值及位置信息進行記錄；若得到的PSNR值仍小于閾值T，進行步驟(b)；

(b)將p的值加1，返回步驟(a),直至步驟(a)中差值的序列中所有差值遍歷完畢，若步驟(a)未找到相似的圖像塊，則進行步驟(c)；若找到相似圖像塊，記錄這些像素值H_i及位置信息；

(c)將步驟(2)中的閾值T與步驟(2)中得到的多個PSNR的值做差，將差值從小到大排列成一個序列，從序列的第p個差值開始，p從1開始，即從差值最小的進行PSNR計算的兩個圖像塊開始，將該差值對應的兩個圖像塊中的一個圖像塊作為基準圖像B_t，另一個圖像塊作為對比圖像塊，并統計這兩個圖像塊相差的次最大像素值，將該次最大像素值對應的對比圖像塊上該位置的像素值L_i即替換像素的次大值利用基準圖像B_t同樣位置的像素值進行替代，然后再計算這兩個圖像塊的PSNR值，將該PSNR的值和閾值T相比較，若得到的PSNR值大于等于閾值T，則判定已經找到相似的圖像塊，并將這些像素值L_i及位置信息進行記錄；若得到的PSNR值仍小于閾值T，進行步驟(d)；

(d)將p的值加1，返回步驟(a),直至步驟(a)中差值的序列中所有差值遍歷完畢,若步驟(a)未找到相似的圖像塊，則判定無法找到相似的圖像塊，尋找結束；

(5)若步驟(2)找到相似圖像塊，與步驟(2)的圖像塊B_i相似的圖像塊為b_i，其編號為i，對i進行二進制編碼得到二進制碼流，然后將該二進制碼流利用信息隱藏算法存儲在對應的B_i圖像塊中；若步驟(2)找到相似圖像塊,對步驟(2)得到的B_i進行N倍圖像壓縮，與B_i相似的圖像塊不再進行壓縮；

(6)若步驟(4)找到相似圖像塊，與步驟(4)的圖像塊B_t相似的圖像塊為b_n，其編號為n，將n及步驟(4)的H_i、L_i的值和位置信息進行二進制編碼后，組成二進制碼流，然后利用信息隱藏算法存儲在對應的B_t圖像塊中；若步驟(4)找到相似圖像塊，對步驟(4)得到的B_t進行N倍圖像壓縮，與B_t相似的圖像塊不再進行壓縮；

(7)對步驟(5)和步驟(6)壓縮后的圖像數據進行傳輸，在對步驟(5)和步驟(6)每一個圖像塊壓縮完成后，需要對壓縮的每一個圖像塊進行打包形成數據包，數據包包括頭部和載荷數據,在數據包頭部包括同步字節、幀類型字節和壓縮的圖像塊B_i或B_t的編號信息，即壓縮的圖像塊B_i或B_t在步驟(1)序列B中的位置；同步字節為A₁、A₂，A₁和A₂同時出現表示定位到數據包的開始，直至再次出現A₁和A₂表示這個數據包的下一個數據包開始；幀類型字節包括兩種，分別是01與02，01代表載荷數據中所隱藏的為步驟(2)中相似圖像塊為b_i的數據包，02代表載荷數據中所隱藏的為步驟(4)中相似圖像塊為b_n的數據包，載荷數據為壓縮后的圖像塊數據B_i或B_t。

2.根據權利要求1所述的一種基于圖像塊相似性的圖像壓縮方法對應的圖像恢復方法，其特征在于：包括步驟如下：

(1)將壓縮圖像的數據包，根據同步字節A₁A₂判決每一個數據包，然后根據圖像塊B_i或B_t的編號信息，識別出該B_i或B_t的編號信息對應的數據包中的載荷數據，即為與B_i或B_t對應的壓縮后的圖像塊數據，B_i作為基準圖像塊，與步驟(4)的圖像塊B_t相似的圖像塊為b_n；

(2)對步驟(1)壓縮后的圖像塊數據解壓縮，進行數據恢復，得到壓縮前的圖像塊B_i或B_t的原始數據；

(3)通過幀類型字節對數據包進行判斷，若幀類型字節為01，則載荷數據中所隱藏的數據是與B_i相似的圖像塊b_i，若幀類型字節為02則是與B_t相似的圖像塊b_n；

若載荷數據中所隱藏的數據為與B_i相似的b_i，則對步驟(2)得到圖像塊B_i的原始數據進行解隱藏得到與B_i相似的圖像塊編號i；

若載荷數據中所隱藏的數據為與B_t相似的b_n，則對步驟(2)得到圖像塊B_t的原始數據進行解隱藏得到圖像塊編號n及與b_n對應的替換像素的最大值H_i ，替換像素的次大值L_i 的值和位置信息；

(4)若步驟(3)得到的相似的圖像塊為b_i，在步驟(2)和(3)得到每一個B_i圖像塊和與B_i相似的圖像塊編號i后，先將B_i圖像塊數據根據壓縮的圖像塊B_i的編號信息放置在序列中的相應位置，然后在b_i相應的位置用B_i圖像塊的數據進行填充，直到最后一個B_i圖像塊結束，則獲得完整的原始圖像；

若步驟(3)得到的相似的圖像塊為b_n，在步驟(2)和(3)得到每一個B_t圖像塊和與之相似的圖像塊編號n后，先將B_t圖像塊數據根據壓縮的圖像塊B_t的編號信息放置在序列中的相應位置，然后在b_i相應的位置用B_t圖像塊的數據進行填充，再根據H_i，L_i的位置信息,將B_t圖像塊的相應位置的值替換為H_i，L_i的值，直到最后一個B_t圖像塊結束，則獲得完整的原始圖像。