一种局域处理的图像数据压缩方法与流程

1.本发明涉及一种数据传输的方法，特别涉及一种局域处理的图像数据压缩方法，属于通信(如数据通信技术等)领域。


背景技术：

2.随着科技的发展，人们对高分辨率图像的需求越来越大，数据量越来越大，数据压缩势在必行。
3.数据压缩分为有损压缩与无损压缩方法。有损压缩方法压缩比比较大，但压缩后恢复图像与原图像存在一定的信息损失，只要主客观评价指标符合要求，在实际中对应用没有多大影响；无损压缩方法压缩后恢复图像与原图像不存在信息损失，但压缩比特别小，一般2倍左右，使用场合受限，不便于进行数据传输。一般高速数据传输系统采用的压缩方法大都是有损方法，对图像来说，一般峰值信噪比(psnr)应该达到30db以上，效果相对较好。
4.目前图像数据压缩方法有许多，代表性的有jpeg2000。许多算法从图像的整体进行考虑，图像的小部分局部性能对整个大图像压缩的影响很大，往往存在“因小失大”现象。算法与图像本身特性(或复杂程度)有关，不是什么情况下都有好结果。同样的压缩算法对不同的图像压缩性能差异很大。比方，社会上拆迁时，搞定钉子户，对拆迁工作影响非常大，意味着拆迁效率的提高。或者，平整土地时，先剔除土地中的石头，便于推土机高效施工。对于卫星图像压缩而言，也是如此。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种基于图像块处理的数据压缩方法，通过事先提取较难压缩的图像块，进行适当处理后再进行压缩以及信息嵌入，局部处理提高了局部图像及整体图像的压缩效果。
6.本发明的技术方案是：一种局域处理的图像数据压缩方法，包括：
7.把大小为m*n的图像a分成k个图像块，每块大小为m*n，分别计算各个图像块的参数s，所述参数s为图像梯度；m、n、m、n、k均为正整数；
8.从k个图像块中选取图像块u，把原图像中图像块u的灰度值设为常数x，得到图像b；
9.将图像b嵌入压缩后的图像a中，形成图像压缩数据d；
10.传输或存储图像压缩数据d；
11.对图像压缩数据d中嵌入数据进行提取，得到图像块码流数据q以及图像压缩数据c；
12.对图像块码流数据q解压缩得到恢复的图像块u，对图像压缩数据c解压缩得到图像b的恢复图像b1；
13.用恢复的图像块u替换恢复图像b1中的对应像素，得到a的恢复图像a1。
14.所述k＝(m*n)/(m*n)。
15.所述选取图像块u的选取规则为以下之一：
16.a、对所有图像块的参数s进行计算，对s的数值按照从大到小的顺序排列，选取最大的s值对应的图像块；
17.b、不计算参数s，随机选取图像块；
18.c、不计算参数s，选择包含目标且纹理复杂的区域的图像块。
19.选取的图像块u占原图的比例为p，p＝1/k。
20.所述将图像b嵌入压缩后的图像a中，形成图像压缩数据d，包括：对图像a压缩r倍，对压缩后图像a中的图像块u再压缩r1倍形成图像块码流数据q，对图像b压缩r2倍形成图像压缩数据c；把图像块码流数据q嵌入到图像压缩数据c中，得到图像压缩r倍的图像压缩数据d。
21.所述r1≤r，r2≥r，r＝1/(p/r1 (1-p)/r2)。
22.所述常数x为该块灰度平均值。
23.所述将图像b嵌入压缩后的图像a中，形成图像压缩数据d，还包括：
24.对图像a压缩r倍，对压缩后图像a中的图像块u再压缩r1倍形成图像块码流数据q，对图像b压缩r倍形成图像压缩数据c；把图像块码流数据q嵌入到图像压缩数据c中，得到图像压缩r倍的图像压缩数据d，其中，r1≤r。
25.本发明与现有技术相比的优点在于：
26.(1)本发明方法把图像中较难压缩的图像块或指定位置的图像块事先找出来，然后对原图像进行适当处理，再进行图像压缩，从而提高了压缩性能。同样压缩比下，提高了压缩的质量psnr；同样质量下，提高了图像的压缩比。
27.(2)本发明方法把较难压缩的图像块或指定位置的图像块进行高质量数据处理，嵌入到处理后图像的压缩数据中，该图像块可以不经过比较大的压缩，故质量相对比较好，从而在提高整个图像压缩性能的同时，保持关键的少数复杂图像的性能。
28.(3)本发明方法可以与许多常规压缩方法结合起来使用，事先筛选出直接压缩性能不达标的图像，使得压缩方法对不同图像的适应性得到提高。
29.(4)本发明方法为卫星数据压缩技术的实际应用开辟了新的技术途径，仅事先进行局部预处理、计算参数值、基于常规压缩和信息隐藏，就能把压缩比进行提高，取得了预料不到的压缩效果。
附图说明
30.图1为本发明方法流程图。
31.图2为本发明方法的仿真图像示意图，左边为原图像a，右边为处理后的图像b。
具体实施方式
32.如图1、2所示。为了验证本文提出的算法的性能，仿真实验中图像采用了大小为512
×
512的8比特灰度图像，用本发明方法进行数据压缩传输与恢复，采用的压缩方法为jpeg2000压缩算法。
33.本发明一种局域处理的图像数据压缩方法，步骤如下：
34.1)把大小为m*n的图像a分成k个图像块，每块大小为m*n，分别计算各个小块的参数s，参数s为图像梯度；m、n、m、n，k为正整数，k＝(m*n)/(m*n)；m＝512，n＝512，m＝n＝256，k＝4；
35.2)比较k个图像的参数s，从中选取对应的图像块，如果某图像块u的参数s满足要求，那么把该图像块u单独取出，把原图像中该图像块u的灰度值设为常数x，典型值为该块灰度平均值，得到图像b；
36.3)对图像a压缩r倍，对步骤2)中选取的图像块压缩r1倍形成图像块码流数据q，对图像b压缩r2倍形成图像压缩数据c；把图像块数据q嵌入到图像压缩数据c中，得到图像压缩r倍的数据d；选取的图像块占原图的比例为p，p＝1/k；其中，r1《＝r，r2》＝r，r＝1/(p/r1 (1-p)/r2)；
37.4)传输或存储图像压缩数据d；本实施例中，r＝4，5。
38.不计算参数s，根据需求或者预设的位置选取图像块，比如包含目标的区域，纹理复杂的区域等；
39.5)对d中嵌入数据进行提取，得到图像块码流数据q以及图像压缩数据c；
40.6)对码流数据q解压缩得到恢复的图像块u，对图像压缩数据c解压缩得到图像b的恢复图像b1；
41.7)用恢复的图像块u替换恢复图像b1中的对应像素，得到a的恢复图像a1。
42.使用峰值信噪比(peak signal to noise ratio，psnr)指标来衡量压缩算法的性能。对于一幅大小为h
×
w的8bit数字图像，psnr定义如下：
[0043][0044]
式中，mse为原图像与恢复图像之间的均方差，计算公式为
[0045][0046]
这里x
ij
,分别表示原始图像和恢复图像在(i,j)处的像素值。
[0047]
表1本发明实例中的部分仿真结果
[0048][0049]
本发明提出一种新的图像压缩方法，提高了压缩性能，满足用户要求。利用本发明提出的方法，事先进行局部计算把原图像的复杂关键少数区域(如1/4-1/16)选出来然后进行常规的图像整体压缩处理，进行传输，保证信道传输对图像压缩比的要求。
[0050]
在实验图像仿真情况下，对图像airplane.bmp，r倍压缩时psnr性能达不到要求，但把其关键块u选出后，该图像整体压缩psnr明显提高，图像块的性能也得到提高。当r＝4，5倍时，在图像剩余部分的性能保持不降低的情况下，图像块的psnr值提高到2.7407db、2.4895db；在保证图像块的性能不降低的情况下，剩余部分的psnr值提高到1.9841db、1.3790db。对于其它同类型图像，都能达到类似的性能。如果选择的图像块比较复杂，对所有图像块的参数s进行计算，对s的数值按照从大到小的顺序排列，选取最大的s值对应的图像块，则压缩比一定时，psnr可提高3-5db以上。
[0051]
本发明方法总能够提高整体图像压缩的性能，且能保证关键的局部区域的图像质量。本发明提供了一种局域处理的图像压缩方法，通过创新，解决了如何通过局部处理提高图像整体压缩性能的技术难题，做到了继承与创新的有机结合，便于利用已有压缩芯片、不改变压缩体制而提高了压缩性能，压缩比可以从4倍到16倍不等，具有易于软硬件实现的特点，在卫星图像压缩传输系统中具有实用价值，在其它任何图像压缩场合都能发挥作用。
[0052]
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。